Grüner Wasserstoff

Grüner Wasserstoff ist ein Schlüsselthema in der globalen Energiewende und könnte eine zentrale Rolle dabei spielen, fossile Brennstoffe zu ersetzen und klimaneutrale Energiequellen zu fördern. Im Gegensatz zu herkömmlichem Wasserstoff, der meist aus Erdgas gewonnen wird und dabei CO₂-Emissionen verursacht (grauer Wasserstoff), wird grüner Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser mithilfe erneuerbarer Energien (Wind-, Solar- oder Wasserkraft) hergestellt. Das macht ihn emissionsfrei und potenziell nachhaltig.

Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt?

Grüner Wasserstoff entsteht durch einen Prozess namens Elektrolyse, bei dem Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) aufgespalten wird. Dieser Prozess benötigt viel elektrische Energie, die aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie stammen muss, um den Wasserstoff als „grün“ zu qualifizieren. Der Sauerstoff kann entweder freigesetzt oder für industrielle Zwecke genutzt werden, während der Wasserstoff als Brennstoff, Energiespeicher oder chemischer Rohstoff verwendet wird.

Der Schlüssel zur Nachhaltigkeit des grünen Wasserstoffs ist, dass die Energie zur Elektrolyse vollständig aus erneuerbaren Quellen stammt. Dadurch entstehen im gesamten Prozess keine direkten CO₂-Emissionen.

Potenzielle Anwendungen von grünem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff ist äußerst vielseitig und kann in verschiedenen Sektoren eingesetzt werden, die schwer zu dekarbonisieren sind:

 

1. Energieversorgung und Speicherung:
   • Energiespeicher: Wasserstoff kann als Speichermedium für überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen dienen. Anstatt überschüssigen Strom aus Wind- oder Solarenergie zu verschwenden, wenn die Nachfrage gering ist, kann er in Wasserstoff umgewandelt und zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden. Dies ist besonders wichtig, um Schwankungen in der Stromerzeugung auszugleichen.
   • Rückverstromung: Wasserstoff kann in Brennstoffzellen oder Gaskraftwerken genutzt werden, um Strom zu erzeugen, insbesondere wenn Wind- oder Solarenergie knapp ist.
2. Industrie:
   • Stahlproduktion: Der Stahlsektor ist einer der größten Emittenten von CO₂, da der herkömmliche Prozess zur Herstellung von Stahl auf Kohle basiert. Grüner Wasserstoff kann hier als Reduktionsmittel verwendet werden, um den Sauerstoff aus Eisenerz zu entfernen, wodurch die Notwendigkeit für kohlenstoffhaltige Brennstoffe entfällt.
   • Chemieindustrie: Grüner Wasserstoff kann in der Chemieindustrie als Rohstoff für die Herstellung von Ammoniak, Methanol und anderen chemischen Produkten verwendet werden. Diese sind in der Düngemittelherstellung und anderen industriellen Prozessen entscheidend.
3. Verkehr:
   • Schwerlastverkehr: Für schwere Lkw, Busse und Schiffe ist Batterietechnologie oft weniger geeignet, da die Energiespeicherung in Batterien für große Entfernungen und hohe Lasten schwierig ist. Grüner Wasserstoff bietet hier eine vielversprechende Lösung, da er in Brennstoffzellen genutzt werden kann, um emissionsfrei elektrische Energie zu erzeugen.
   • Luftfahrt: Der Luftverkehr zählt zu den schwierigsten Sektoren für die Dekarbonisierung. Grüner Wasserstoff könnte, direkt oder als synthetisches Kerosin (hergestellt durch die Kombination von Wasserstoff mit CO₂), einen Weg zu klimafreundlicherem Fliegen bieten.
4. Wärmeversorgung:
   • Grüner Wasserstoff kann zur Beheizung von Gebäuden und zur Bereitstellung von Prozesswärme in der Industrie verwendet werden. Durch die Nutzung in Kombination mit Brennstoffzellen könnten Heizungen emissionsfrei betrieben werden.

Vorteile des grünen Wasserstoffs

1. Klimaneutralität: Da bei der Herstellung von grünem Wasserstoff ausschließlich erneuerbare Energien verwendet werden, ist der Prozess emissionsfrei, was ihn zu einem wichtigen Baustein für eine klimaneutrale Zukunft macht.
2. Speicherbarkeit: Wasserstoff kann im Gegensatz zu Strom gespeichert und transportiert werden. Das ist entscheidend, da erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne nicht immer gleichmäßig verfügbar sind. Wasserstoff könnte als langfristige Speicherlösung für Zeiten dienen, in denen die Erzeugung erneuerbarer Energie stagniert.
3. Vielseitigkeit: Grüner Wasserstoff kann in vielen verschiedenen Sektoren genutzt werden, darunter die Schwerindustrie, der Transportsektor und die Energieerzeugung. Das macht ihn besonders attraktiv für Anwendungen, die mit elektrischen Lösungen schwer zu dekarbonisieren sind.
4. Unabhängigkeit: Wasserstoff kann lokal produziert werden, was die Abhängigkeit von Energieimporten reduziert und die Versorgungssicherheit erhöht.

Herausforderungen bei grünem Wasserstoff

Trotz seiner Vorteile steht der grüne Wasserstoff vor mehreren Herausforderungen:

1. Hohe Kosten: Derzeit ist die Produktion von grünem Wasserstoff teurer als die von grauem oder blauem Wasserstoff (dieser wird ebenfalls aus Erdgas gewonnen, jedoch mit CO₂-Abscheidung). Dies liegt vor allem an den hohen Kosten für erneuerbare Energien und Elektrolyseure. Es wird erwartet, dass die Kosten in den kommenden Jahren sinken, wenn Technologien skaliert und verbessert werden.
2. Effizienzverluste: Bei der Elektrolyse, Speicherung und Rückverstromung von Wasserstoff gehen Energieverluste einher. Der Prozess, erneuerbare Energien in Wasserstoff und anschließend wieder in Strom umzuwandeln, ist nicht so effizient wie die direkte Nutzung von Strom aus Wind oder Sonne.
3. Infrastruktur: Der Transport und die Speicherung von Wasserstoff erfordern neue Infrastrukturen, da bestehende Gasleitungen oft nicht für den Transport von Wasserstoff geeignet sind. Auch die Verteilung an Endnutzer, insbesondere im Verkehrssektor, bedarf großer Investitionen.
4. Erneuerbare Energiekapazitäten: Um genug grünen Wasserstoff zu erzeugen, muss der Anteil der erneuerbaren Energien erheblich gesteigert werden. Der Ausbau von Wind- und Solarenergie muss stark vorangetrieben werden, um sowohl den Bedarf an grünem Strom für die Elektrolyse als auch den allgemeinen Strombedarf zu decken.

Fazit

Grüner Wasserstoff ist ein Schlüssel zur Dekarbonisierung vieler Sektoren, die nur schwer vollständig elektrifiziert werden können. Er bietet das Potenzial, fossile Brennstoffe in der Industrie, im Verkehr und in der Energieversorgung zu ersetzen und gleichzeitig eine nachhaltige und klimafreundliche Zukunft zu fördern. Dennoch müssen die Herausforderungen wie hohe Kosten, Effizienzverluste und der notwendige Infrastrukturausbau bewältigt werden, um das volle Potenzial des grünen Wasserstoffs auszuschöpfen. Ein gezielter Ausbau von erneuerbaren Energien sowie politische und wirtschaftliche Anreize sind notwendig, um diese Zukunftstechnologie wettbewerbsfähig zu machen.

1. Technische Universität Berlin (TU Berlin):

• Die TU Berlin ist ein bedeutender Akteur in der Forschung zu erneuerbaren Energien und grünem Wasserstoff. Sie betreibt Studien zur Elektrolysetechnologie sowie zur Integration von Wasserstoff in bestehende Energiesysteme.
• Die Forscher der TU Berlin untersuchen, wie Wasserstoff als Speichermedium für überschüssige Energie aus Wind- und Solaranlagen genutzt werden kann, um eine stabilere Energieversorgung zu gewährleisten.

2. Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP):

• Das Fraunhofer IAP mit Sitz in Berlin/Potsdam forscht an neuen Materialien für Elektrolyseure und Brennstoffzellen, die für die Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff von entscheidender Bedeutung sind. Die Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Effizienz und Haltbarkeit dieser Technologien.
• Das Institut ist auch in die Entwicklung von katalytischen Materialien involviert, die in Elektrolyseuren verwendet werden, um die Herstellung von Wasserstoff effizienter und kostengünstiger zu machen.

3. Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB):

• Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie ist ein führendes Forschungsinstitut im Bereich der Photovoltaik und Katalyse, was direkt mit der Erzeugung von grünem Wasserstoff durch solarbetriebene Elektrolyseure zusammenhängt.
• Das HZB untersucht unter anderem, wie Solarenergie effizienter genutzt werden kann, um Wasserstoff zu erzeugen. Dazu gehört die Entwicklung neuer Katalysatoren, die den Prozess der Wasserspaltung verbessern.

4. Berlin Institute of Technology (BIT):

• Das BIT forscht intensiv an der Speicherung und Nutzung von Wasserstoff in der Mobilität. Insbesondere geht es darum, wie Brennstoffzellenfahrzeuge in städtischen Verkehrsnetzen implementiert und betrieben werden können.
• Die Forscher am BIT arbeiten daran, Brennstoffzellensysteme für Busse, Lastwagen und Züge zu entwickeln, die umweltfreundlich und wirtschaftlich tragfähig sind.

5. Wissenschaftsnetzwerke und Projekte:

• Berliner Wasserstoffnetzwerk (HyBerlin): Dieses Netzwerk bringt verschiedene Akteure aus Wissenschaft, Industrie und Politik zusammen, um die Entwicklung von Wasserstofftechnologien in Berlin zu fördern. Ziel ist es, Synergien zwischen Forschungseinrichtungen und der Industrie zu schaffen und den Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft in der Hauptstadtregion voranzutreiben.
• Energie-Forschungszentrum Berlin (EFC): Das Zentrum ist an Projekten beteiligt, die sich mit der Integration von Wasserstoff in städtische Energiesysteme befassen. Die Forscher untersuchen, wie grüner Wasserstoff zur Dekarbonisierung des urbanen Energieverbrauchs beitragen kann.

6. Start-ups und Industriepartner:

• In Berlin gibt es auch zahlreiche Start-ups, die sich mit Wasserstofftechnologien beschäftigen. Unternehmen wie Enapter arbeiten an modularen Elektrolysesystemen, die grüne Wasserstoffproduktion dezentral ermöglichen.
• Die enge Zusammenarbeit zwischen Start-ups, Industrie und Forschungseinrichtungen in Berlin fördert Innovationen und beschleunigt die Marktreife neuer Technologien.

Fazit

Berliner Forscher sind auf verschiedenen Ebenen stark in die Entwicklung von grünem Wasserstoff involviert. Sie arbeiten an neuen Technologien für die Herstellung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff sowie an der Integration in bestehende Energiesysteme. Die enge Kooperation zwischen Forschungseinrichtungen, Industrie und Politik macht Berlin zu einem zentralen Hub für die Wasserstoffforschung in Deutschland. Dies könnte dazu beitragen, Wasserstoff als tragende Säule der Energiewende zu etablieren.

derBinzer