Zukunftstechnologie grüner Wasserstoff: Wie er hergestellt wird und warum er so wichtig ist

Deutschland braucht grünen Wasserstoff, große Teile davon müssen aus dem Ausland importiert werden. Aber was ist eigentlich grüner Wasserstoff? Und wo und wie kann er in ausreichenden Mengen sowie bezahlbar hergestellt werden?

• Politik: "H₂ ist Schlüsseltechnologie für eine klimaneutrale Gesellschaft"

• H₂ als Grundstoff für Energieträger in der Großindustrie und im Transportsektor

• Nachteil: Zur Erzeugung von grünem H₂ wird sehr viel regenerativer Strom benötigt

• Standortfrage: Das Grünstrom-Potenzial in Deutschland reicht nicht aus

In diesem Punkt sind sich Ministerien und Experten seit Langem einig: Wasserstoff muss und wird eine zentrale Rolle in unserem zukünftigen Energiesystem spielen. Warum? Weil Wasserstoff ein Energieträger ist, der aus verschiedensten Quellen hergestellt werden kann – vom Potenzial her sogar in unbegrenzten Mengen.

Nun hat Deutschland einen ersten Pakt mit Kanada zur Produktion und Versorgung mit Wasserstoff geschlossen. Bis erste Lieferungen in Europa ankommen, wird es allerdings noch dauern – Anlagen, in denen der Energieträger im industriellen Maßstab erzeugt werden könnte, gibt es noch nicht.

Wasserstoff ist für das Klima wichtig

Wasserstoff kann von einem gasförmigen in einen flüssigen Energieträger mit hoher Energiedichte transformiert werden – und ist damit ein idealer Grundstoff, der einen erprobten und kostengünstigen weltweiten Transport der zu verteilenden Energie ermöglicht.

Das eröffnet völlig neue Perspektiven: Mit Wasserstoff als Energiespeicher können Versorgungsengpässe bei stark schwankender regenerativer Stromerzeugung aus Wind und Sonne vermieden werden. Mit Wasserstoff wird es möglich, sowohl die Großindustrie (besonders Stahl und Chemie) als auch den Transport- und Verkehrssektor von einer bisher rein fossilen Basis auf eine Basis ohne klimaschädliches CO₂ umzustellen. Denn Wasserstoff wird der Grundstoff für künftiges Flugbenzin, Schiffsdiesel und auch für E-Fuels im Pkw.

Man kann darüber diskutieren, ob für die nächsten Jahre als Übergang auch ein anderer als nur der grüne Wasserstoff genutzt werden sollte. Doch entscheidend für Klimaneutralität ist, dass Wasserstoff spätestens ab 2045 ausschließlich mit regenerativer Energie hergestellt wird.

H₂-Herstellung: Grüne Produktionsmethode

Die folgende Grafik zeigt, über welche Herstellungswege Wasserstoff gewonnen werden kann. Sie orientiert sich an der Farbenlehre, die von der Fachwelt zur Veranschaulichung entwickelt wurde.

Das Ziel ist der grüne Wasserstoff, der mithilfe von regenerativem Strom per Elektrolyse von Wasser produziert wird. Als Abfallprodukt entsteht lediglich Sauerstoff, der in die Luft abgeführt wird.

Grauer Wasserstoff ist unter Klimagesichtspunkten die schädlichste Art der Wasserstoffherstellung: Bei der Produktion von einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO₂. Auch blauer und türkisfarbener Wasserstoff sind aus Sicht des ADAC kritisch zu bewerten, auch wenn es jeweils einen interessanten Nebenaspekt gibt.

So entstehen bei der Herstellung von türkisfarbenem Wasserstoff in Pilotprojekten als Abfallprodukt unter anderem Kunststoffbausteine für den Wohnungsbau. Auf diese Weise ließe sich beispielsweise Beton in der Baubranche zum Teil ersetzen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das CO₂, das bei der Produktion von blauem Wasserstoff anfällt, in leere Gaskavernen unterirdisch zu verpressen. Dadurch entweicht es nicht unkontrolliert in die Atmosphäre und könnte gleichzeitig als Vorrat für die Produktion von synthetischen Kraftstoffen genutzt werden. Denn für diesen Prozess braucht man CO₂, das sonst extra aus der Luft extrahiert werden müsste.

Wasserstoff aus dem Ausland

Um die ambitionierten Klimaziele zu erreichen, braucht man unweigerlich 100 Prozent regenerativen Strom. Dies ist auf nationaler Ebene allerdings schwierig umzusetzen, weil dafür ein enormer Ausbau der regenerativen Energieerzeugung nötig ist und die Flächenkapazitäten allein in Deutschland dafür nicht ausreichen. Und so wird seit Jahren ausgelotet, aus welchen Ländern der Welt jeweils grüner Strom, grüner Wasserstoff oder Syntheseprodukte aus grünem Wasserstoff geliefert werden könnten. Syntheseprodukte sind zum Beispiel Ammoniak oder Methanol.

Im Fokus für die Produktionsstandorte standen zunächst vor allem nordafrikanische Regionen: Hier gibt es Sonne im Überfluss, hier ist Solarstrom zu geringen Kosten erzeugbar. So wurde in Abu Dhabi auf einer Fläche von 20 Quadratkilometern eine gigantische Solaranlage errichtet, die Strom für 1,14 Cent/kWh produziert. Inzwischen scheint sich der Blick aber auch auf die besonders windreichen Regionen in der Welt zu richten, beispielsweise nach Südamerika oder auch nach Kanada.

Die Importbemühungen nehmen politisch Fahrt auf. So haben Deutschland und Kanada ein Abkommen über die Kooperation bei Herstellung und Transport von Wasserstoff in Neufundland unterzeichnet. In der Hansestadt Hamburg wird ein Schiffsterminal gebaut, das ab 2026 für den Import von grünem Ammoniak aus Saudi-Arabien zur Verfügung stehen soll. Das Bundesland Bayern plant, Wasserstoff aus Nordafrika über bestehende Pipelines, die dafür umgerüstet werden können, zu importieren.

Das Bundesforschungsministerium geht davon aus, dass schon im Jahr 2030 mehr als 10 Millionen Tonnen Wasserstoff importiert werden müssen. Im Jahr 2050 wären es rund 45 Millionen Tonnen H₂-Importe – so die Berechnungen des Max-Planck-Instituts. Das entspräche einer Energiemenge von 1500 Terrawattstunden (TWh).

Wasserstoff in Deutschland produziert

Selbstverständlich gibt es auch Projekte in Deutschland, wo grüner Wasserstoff hergestellt wird. So fand im Juli 2021 in der oberfränkischen "Energiestadt" Wunsiedel der offizielle Spatenstich für eine Elektrolyse-Anlage von Siemens statt. Hier soll die vorhandene erneuerbare Energie der Stadtwerke (Wind, Sonne und Biomasse) zum Teil in Wasserstoff umgewandelt und für verschiedene Anwendungen von Mobilität und Industrie verfügbar gemacht werden. Die Inbetriebnahme erfolgt im Sommer 2022. Anfang Oktober 2021 wurde im niedersächsischen Werlte eine Anlage zur Produktion von Flugbenzin eingeweiht.

Insgesamt hat die Europäische Kommission gemeinsam mit der Bundesregierung 62 förderungswürdige Wasserstoff-Großprojekte in Deutschland identifiziert. Hier finden Sie eine Karte der Standorte* (Important Projects of Common European Interest = IPCEI).

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