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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.