Wasserstoff wird vor allem in der Industrie benötigt, gerade bei der Stahlproduktion und in der Chemieindustrie spielt das Element schon heute eine wichtige Rolle. Wasserstoff eignet sich aber auch für die Strom- und Wärmeerzeugung und findet außerdem Anwendung in der Mobilität. Pro Jahr werden schon heute weltweit über 600 Milliarden Kubikmeter davon verbraucht.
2. Mai 2023
Die Bedeutung von Wasserstoff für die Energiewende
Wie wichtig ist Wasserstoff für die Zukunft? Wir betrachten die Herstellung und erklären die Bedeutung für den Energiebereich und die Mobilität.
Quizfrage: Was ist 14-mal leichter als Luft, farblos und wird aktuell zu 99% in der Industrie genutzt? Richtig, Wasserstoff! Das Element kommt in unserem Universum am häufigsten vor und ist von unschätzbarem Wert, vor allem für die Energiewende.
In der Chemieindustrie ist Wasserstoff bereits ein beliebtes Element. In den letzten Jahren hat sich die Bedeutung von Wasserstoff aber noch einmal verstärkt. Gerade als Energieträger gerät Wasserstoff immer weiter in den Fokus.
Was Wasserstoff eigentlich ist, wofür wir ihn heute schon nutzen und ob das Element sich zum Energieträger der Zukunft entwickelt, haben wir uns in diesem Artikel einmal genauer angesehen.
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist das häufigste Element im gesamten Universum. Es wurde im Jahr 1766 von Henry Candish, einem englischen Chemiker und Physiker, entdeckt. In der Natur kommt Wasserstoff nur in Verbindungen vor, also in Kombination mit anderen Elementen wie Sauerstoff oder Kohlenstoff. Die chemische Formel von Wasserstoff ist H2 und besonders häufig findet man das Element an Sauerstoff gebunden vor – unser ganz normales Wasser (H2O). Wasserstoff gibt es also überall in unserem Alltag. Aber wozu wird das beliebte Element eigentlich genutzt?
Wofür braucht man Wasserstoff?
Ist Wasserstoff unendlich verfügbar?
Ja, Wasserstoff ist unbegrenzt verfügbar. Etwa 90% der Atome im Universum bestehen aus dem Element. Außerdem kann Wasserstoff lokal gewonnen werden, ganz im Gegensatz zu fossilen Rohstoffen und weiteren Bodenschätzen, die nur in einigen Teilen der Welt vorkommen.
Wie wird Wasserstoff hergestellt?
Da Wasserstoff in der Natur nur in Verbindungen vorkommt, müssen diese getrennt werden, um reinen Wasserstoff zu erhalten. Während es sich bei Strom um ein direktes Produkt von Solarenergie, Windkraft, etc. handelt, wird Wasserstoff erst im nächsten Schritt hergestellt, denn dafür ist zum Beispiel Strom oder Erdgas nötig.
Man muss also erst Energie aufwenden, um das Element zu gewinnen. Wie die Herstellung genau funktioniert und welche Ausgangsstoffe genutzt werden, erfährst du in den folgenden Abschnitten.
Welche Methoden der Wasserstoff-Herstellung gibt es?
Um Wasserstoff zu gewinnen, müssen mithilfe verschiedener Methoden chemische Verbindungen getrennt werden. Dabei werden unterschiedliche Ausgangsstoffe für die Herstellung von Wasserstoff verwendet: Wasser, Erdgas (Methan), andere Kohlenwasserstoffe, Biomasse und sonstige wasserstoffhaltige Verbindungen.
Die bekannteste Methode, um Wasserstoff herzustellen, ist die Elektrolyse. Wasser wird dabei mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
Darüber hinaus wird das Reformierungsverfahren angewendet, um aus Erdgas Wasserstoff zu gewinnen. Erdgas wird unter Zugabe von Wasserdampf in Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff umgewandelt.
Eine weitere Methode ist die Methanpyrolyse. Dabei wird Methan erhitzt, sodass Wasserstoff und fester Kohlenstoff entstehen.
Was versteht man unter grünem Wasserstoff?
Bestimmt hast du schon etwas von grünem Wasserstoff gehört. Die Bezeichnung grün hat aber nichts mit der Farbe zu tun, sondern mit der Erzeugungsart. Wird bei der Elektrolyse Strom aus erneuerbaren Energien verwendet, spricht man beim Endprodukt von grünem Wasserstoff. Dieser Energieträger wurde emissionsfrei produziert und ist daher gut für die Umwelt und unsere globalen Klimaziele.
Neben grünem Wasserstoff gibt es noch grauen Wasserstoff. Dieser entsteht durch das Reformierungsverfahren. Dabei handelt es sich nicht um eine klimaneutrale Methode. Neben Wasserstoff entsteht beim Reformierungsverfahren auch CO2. Wenn dieses gespeichert wird, dann spricht man von blauem Wasserstoff. Die Technologie dahinter heißt Carbon Capture and Storage, kurz CCS.
Bei der Methanpyrolyse entsteht als Nebenprodukt fester Kohlenstoff. Wenn dieser langfristig weiterverwendet werden kann, z.B. in der Bau- oder Werkstoffindustrie, wird der Wasserstoff als türkiser Wasserstoff bezeichnet.
Wasserstoff in der Energiewirtschaft
Unsere Energiegewinnung und -verwertung muss sich in den nächsten Jahren grundlegend ändern, damit Deutschland klimaneutral werden kann. Dabei spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle.
Wasserstoff kann grundsätzlich in diversen Anwendungsbereichen als Energieträger genutzt werden. Das Element wird genau dann verwendet, wenn zum Beispiel Strom oder Biomasse an ihre Grenzen kommen. Der Nachteil von Wasserstoff ist, dass die Herstellung sehr energieintensiv und aufwändig ist. Statt aus Strom erst Wasserstoff zu erzeugen, sollte Strom idealerweise direkt genutzt werden.
Ein Beispiel: Mit einer Kilowattstunde Ökostrom kann mittels Wärmepumpe ungefähr 3,3 Kilowattstunden Erdgas eingespart werden. Nutzt man diesen Ökostrom aber erst zur Herstellung von Wasserstoff, spart das am Ende nur 0,6 Kilowattstunden Erdgas ein. Man würde also eine große Menge Ökostrom benötigen, um auf eine kleinere Menge fossile Energie verzichten zu können.
Der Einsatz von Wasserstoff lohnt sich also nur, wenn die direkte Nutzung von Strom, Biomasse und anderen umweltfreundlichen, leicht zu produzierenden Energien nicht möglich ist.
Wasserstoff soll zum Beispiel in Zukunft in Gaskraftwerken zum Einsatz kommen. Es könnte dort anstelle von fossilem Erdgas verwendet werden. Diese Kraftwerke sind nützlich, um vorübergehende Schwankungen der Wind- und Solarenergie auszugleichen. Sie kämen zum Einsatz, wenn aus anderen Quellen nicht genug Strom produziert werden kann. Damit wird die Netzstabilität gesichert.
Kann man mit Wasserstoff heizen?
Ja, mit Wasserstoff können Gebäude beheizt werden, es gibt allerdings deutlich effizientere Technologien. Dazu zählen zum Beispiel Solarthermie oder Wärmepumpen. Bei diesen Technologien wird Sonnenenergie bzw. Strom in Wärme umgewandelt. Sonnenkollektoren und Wärmepumpen sind deshalb die bessere Wahl, um deine Wohnung oder dein Haus zu beheizen.
Kann man Wasserstoff selbst herstellen?
Die Herstellung von Wasserstoff ist sehr energie- und kostenintensiv. Du fragst dich jetzt vielleicht, ob man Wasserstoff nicht einfach selbst zuhause herstellen kann? Das funktioniert tatsächlich. Mittlerweile gibt es kompakte Wasserstoffsysteme für dein Eigenheim. Wenn du zum Beispiel eine Photovoltaikanlage besitzt, kannst du mit einem solchen System grünen Wasserstoff herstellen. Diese Wasserstoffsysteme sind allerdings sehr teuer, sie kosten in der Regel zwischen 85.000 und 125.000 Euro. Da ist eine Wärmepumpe als Alternative zur Gasheizung die bessere Wahl.
Mobilität mithilfe von Wasserstoff
Nun wissen wir, dass man Wasserstoff nicht nur in der Industrie, sondern auch für die Energieversorgung nutzen kann. Doch wie sieht es in der Mobilität aus? Sind Wasserstoffautos die Zukunft?
Diese Frage lässt sich ganz einfach mit „Nein“ beantworten. Gerade bei den PKWs ist es um einiges effizienter, sie einfach mit Ökostrom aufzuladen. Hier hat ganz klar die Elektromobilität die Nase vorn. Aber trifft das auch auf größere Fahrzeugen oder sogar Flugzeuge zu?
Der Einsatz von Wasserstoff ergibt nur dann Sinn, wenn eine hohe Reichweitenanforderung gestellt wird, die mit batterieelektrischem Antrieb nicht mehr möglich wäre. In Zukunft könnten zum Beispiel der Seeverkehr, Flugverkehr und ein Teil des Straßengüterverkehrs auf Wasserstoff als Energieträger umstellen.
Auch im Bahnverkehr kann Wasserstoff genutzt werden, vor allem auf Strecken, die nicht elektrifiziert sind. Aktuell sind dort noch Dieselloks im Einsatz.
In Flugzeugen ist der Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff nicht möglich, da das Element eine sehr geringe Energiedichte hat. Um ein Flugzeug von A nach B zu bewegen, wäre also eine riesige Menge an Wasserstoff nötig. Aber es ist möglich, aus CO2 aus der Luft und Wasserstoff Kerosin herzustellen. Wasserstoff-Flugzeuge wird es also in nächster Zeit nicht geben, aber klimaneutral hergestelltes Kerosin schon.
Inwiefern Wasserstoff in der Mobilität genutzt werden kann, wird aktuell in diversen Projekten erforscht. Wir sind sehr gespannt, zu welchen Ergebnissen Wissenschafter:innen in den nächsten Jahren gelangen und wie sich der Einsatz von Wasserstoff weiterentwickelt.
Ist Wasserstoff die Energie der Zukunft?
Wasserstoff spielt definitiv eine Schlüsselrolle in der Energieversorgung der Zukunft. Grüner Wasserstoff ist klimafreundlich und leicht zu transportieren. Je mehr emissionsfreie Energien verfügbar sind, desto breiter ist die Energieversorgung in Deutschland aufgestellt. Darüber hinaus hat der Wasserstoffmarkt ein großes Potenzial, neue Arbeitsplätze und neue Industrie zu schaffen.
Auch die Bundesregierung hält das Element für bedeutend und hat deshalb im Juni 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie ins Leben gerufen. Dort wird festgelegt, dass Wasserstoff in den Bereichen Verkehr, Industrie und Energie eingesetzt werden soll. Aktuell fehlt es in Deutschland noch an Produktionskapazitäten von grünem Strom aus erneuerbaren Quellen, deshalb sind internationale Kooperationen wichtig, zum Beispiel mit Ländern aus Süd- und Westafrika.
Insgesamt macht es Sinn, Wasserstoff genau dort zu nutzen, wo er sich in schon vorhandene Infrastruktur einfügt und an denen günstigere Energiequellen keine Option sind. An anderen Stellen sind Strom, Biomasse und ähnliche Produkte besser geeignet. Genau diese Mischung sorgt dafür, dass wir in Deutschland zukünftig sicher aufgestellt sind.
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