Wissenswertes zu Grünem Wasserstoff

Die Bundesregierung hat die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Sie soll Grünen Wasserstoff marktfähig machen und seine industrielle Produktion, Transportfähigkeit und Nutzbarkeit ermöglichen. 15 Fragen und Antworten, um mitreden zu können.

Grüner Wasserstoff
Grüner Wasserstoff ist das Erdöl von morgen. Der flexible Energieträger ist unverzichtbar für die Energiewende und eröffnet neue Märkte. © Getty Images / Petmal

1. Warum investiert die Bundesregierung in Grünen Wasserstoff?

Grüner Wasserstoff ist zentral für das Erreichen der Pariser Klimaschutz-Ziele: Mit seiner Hilfe ist es möglich, Deutschlands größte Treibhausgas-Verursacher klimafreundlich umzugestalten und gleichzeitig den Technologiestandort Deutschland zu stärken.

  • Wichtigster Anwendungsbereich ist die Industrie: Grüner Wasserstoff kann als alternativer Brennstoff Öfen anfeuern oder zusammen mit CO2 z.B. als Baustein von Polymeren dabei helfen, die fossile Rohstoffbasis der Chemieindustrie zu ersetzen.
  • Grüner Wasserstoff lässt sich dank Brennstoffzellen in Strom und Wärme umwandeln. So lassen sich Schwankungen im Stromnetz ausgleichen, Häuser beheizen und mit Elektrizität versorgen, sowie Fahrzeuge antreiben.
  • Grüner Wasserstoff kann als Kraftstoff im Verkehr eingesetzt werden – insbesondere dort, wo eine Elektrifizierung nicht sinnvoll oder möglich ist. Zusammen mit CO2 lässt er sich zudem in andere klimafreundliche Kraftstoffe umwandeln, die LKWs, Schiffe und Flugzeuge antreiben.
Weg des Wasserstoffs
So verläuft der Weg des Wasserstoffs: Wind, Sonne, Biomasse und Wasser produzieren erneuerbare Energie. Sie wird genutzt, um Wasser-Elektrolyse zu betreiben. Dabei wird Wasser (H2O) unter Strom gesetzt, wobei es sich in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) teilt. Der hierbei gewonnene Wasserstoff wird dann für die Nutzung transportiert. © Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF

2. Wie unterscheidet sich Grüner Wasserstoff von Blauem, Grauem und Türkisem?

Generell ist Wasserstoff immer ein farbloses Gas. Je nach seinem Ursprung trägt er allerdings verschiedene Farben in seinem Namen.

  • Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) gespalten. Das CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO2.
  • Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (Englisch: Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann als CO2-neutral betrachtet werden.
  • Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu 100% aus erneuerbaren Quellen stammt und damit CO2-frei ist.
  • Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.

3. Warum setzt das Bundesforschungsministerium vor allem auf Grünen Wasserstoff?

Nur Grüner Wasserstoff ist wirklich klimafreundlich. Denn nur Grüner Wasserstoff ist ohne fossile Rohstoffe produzierbar. Erdgas, das für Grauen, Blauen oder Türkisen Wasserstoff eingesetzt wird, muss gefördert werden. Dabei entstehen erhebliche Emissionen, da dabei kleine Mengen an Methan (CH4) entweichen, das etwa 25mal klimaschädlicher als CO2 ist. Zusätzlich fallen bei der Wasserstoffproduktion CO2-Emissionen an. Bei herkömmlichem (Grauem) Wasserstoff fallen während der Spaltung von Erdgas pro Tonne Wasserstoff rund zehn Tonnen CO2 als Abfallprodukt an. Bei Blauem Wasserstoff wird dieses CO2 zwar eingefangen und meist unterirdisch gespeichert – allerdings birgt die Speicherung Risiken, hohe Kosten und wird in Deutschland von der Gesellschaft nicht akzeptiert.

4. Welche Rolle spielt Wasserstoff in der Industrie?

Wasserstoff kann Brennöfen der Industrie beheizen – zum Beispiel in der Glas-, Zement- und Stahlindustrie. Zudem ist er für die Nutzung von Abgasen relevant: Im BMBF-geförderten Projekt Carbon2Chem beispielsweise braucht es Wasserstoff, um aus Abgasen Dünger-, Kunst- und Kraftstoff-Vorläufer zu produzieren. Zuletzt können mithilfe von Wasserstoff in Power-to-X Verfahren wichtige Rohstoffe für die Chemieindustrie produziert werden. Das geschieht derzeit beispielsweise im BMBF-geförderten Projekt Rheticus.

5. Welche Rolle spielt Grüner Wasserstoff im Verkehr?

Relevant ist Wasserstoff vor allem in den Bereichen, in denen Elektrifizierung in absehbarer Zeit nicht möglich ist, das heißt: Im Bereich Flug-, Fern-, Schwerlast- und Schiffsverkehr. Durch Wasserstoff als Ausgangsstoff für synthetische Kraftstoffe lassen sich diese Verkehrsbereiche klimafreundlich umgestalten. Auch der Antrieb durch Wasserstoff-Betankung ist eine Option.

6. Welche Rolle spielt Wasserstoff bei der Wärmeversorgung?

Wasserstoff kann in gewissen Mengen bereits heute in das bestehende Gasnetz beigefügt werden. Der Grenzwert liegt derzeit bei bis zu zehn Prozent. Potenziell sind allerdings auch höhere Anteile denkbar. Der zusätzliche Wasserstoff kann dann wie Erdgas verbrannt werden und führt nur zu Wasserdampf. Zudem lässt sich mithilfe von Brennstoffzellen Wärme und Strom aus Wasserstoff gewinnen. Wie Wasserstoff in das Energienetz der Zukunft eingebunden werden kann, untersucht derzeit unter anderem das Kopernikus-Projekt ENSURE.

7. Wie viel Energie steckt in einer Tonne Wasserstoff?

Chemisch enthält eine Tonne Wasserstoff eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden. Das entspricht dem durchschnittlichen jährlichen Strom-Energieverbrauch von 11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus (ohne Durchlauferhitzer). Allerdings kann die chemische Energie nicht zu 100 Prozent in nutzbare Energie umgewandelt werden. Auf dem Weg zum Verbraucher geht je nach Nutzungspfad ein Teil der Energie verloren.

Eine Tonne Wasserstoff
Chemisch enthält eine Tonne Wasserstoff eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden. Das entspricht dem durchschnittlichen Strom-Energieverbrauch von *11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus (ohne Durchlauferhitzer). Allerdings kann die chemische Energie nicht zu 100 Prozent in nutzbare Energie umgewandelt werden. Auf dem Weg zum Verbraucher geht ein Teil der Energie verloren. Quelle: Linde Gas, Stromspiegel © Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF

8. Wie effizient ist die Herstellung von Grünem Wasserstoff?

Bei der Wasser-Elektrolyse zur Produktion von Wasserstoff mit erneuerbarem Strom liegt die Effizienz bei derzeit rund 60 Prozent. Das heißt: Rund 60 Prozent der Energie, die für die Elektrolyse aufgewendet wird, wird auch in Wasserstoff gebunden. Weil im Bereich der Wasserstoffherstellung derzeit allerdings massiv geforscht wird, ist davon auszugehen, dass sich ihre Effizienz in den kommenden Jahren durch Forschung und Entwicklung noch deutlich steigern lässt. Zudem gilt: Wird die anfallende Wärme der Elektrolyse weiterverwertet, lassen sich weit höhere Wirkungsgrade erzielen.

9. Wie teuer ist die Herstellung von Grünem Wasserstoff?

Die genauen Kosten sind derzeit noch nicht absehbar. Sicher ist allerdings, dass Grüner Wasserstoff umso günstiger wird, je günstiger sich erneuerbarer Strom produzieren lässt und je weiter die Entwicklung der Wasser-Elektrolyse fortschreitet. Hierbei erzielt derzeit beispielsweise das BMBF-geförderte Kopernikus-Projekt P2X gute Ergebnisse: In P2X konnte der Anteil des seltenen Materials Iridium, das bei der Wasser-Elektrolyse benötigt wird, um den Faktor zehn reduziert werden.

10. Wo soll der Grüne Wasserstoff herkommen?

Grüner Wasserstoff lässt sich dort am sinnvollsten produzieren, wo genügend erneuerbare Energie zur Verfügung steht, um die Wasser-Elektrolyse zu betreiben. Das Bundesforschungsministerium setzt aus diesem Grund auf strategische Partnerschaften mit Süd- und Westafrika sowie mit Australien. Dort herrschen hervorragende Bedingungen, um Strom aus Wind und Sonne auf ungenutzten Flächen zu produzieren.

Bei der Wasserstoff-Produktion in Deutschland muss abgewogen werden. Warum, das zeigt ein einfaches Rechenbeispiel: Allein aufgrund der klimatischen Unterschiede müsste in Deutschland laut Max-Planck-Institut für Chemische Energie-Konversion dreimal so viel Leistung installiert werden wie in Australien, um dieselbe Menge Energie produzieren zu können. Allerdings kann die Wasserstoff-Produktion in Deutschland helfen, Schwankungen bei der Erzeugung von erneuerbarem Strom auszugleichen. Zudem entfällt im Vergleich zu Australien der Transport auf dem Seeweg.

11. Wo soll Grüner Wasserstoff eingesetzt werden?

Zuerst dort, wo es auch auf absehbare Zeit keine einfacheren, klimaneutralen Alternativen gibt, wo Wasserstoff in hohen Mengen benötigt wird und wohin sich der Transport daher verhältnismäßig einfach organisieren lässt. Das heißt konkret: Zuerst in der Industrie. Vor allem die Chemie- und die Stahlindustrie haben einen hohen Bedarf an Grünem Wasserstoff.

12. Wie wird Grüner Wasserstoff transportiert?

Wasserstoff wird erst unter hohem Druck flüssig und lässt sich nur so gut transportieren. Das ist kompliziert und teuer. Deswegen forscht das Kopernikus-Projekt P2X-Team daran, den Wasserstoff vorübergehend an Flüssigkeiten, flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC), zu binden um ihn leichter transportieren zu können.

13. Warum will Deutschland in die Produktion von Grünem Wasserstoff einsteigen, obwohl es keinen Strom „übrig“ hat?

Deutschland nimmt im Bereich der Technologie-Exporte weltweit eine Führungsposition ein. Die Entwicklung für die Energiewende wegweisender Wasserstoff-Technologien kann diese Position dauerhaft stärken und gegebenenfalls sogar ausbauen. So ist die Idee, Wasserstoff -Technologien künftig in großem Stil zu exportieren. Dazu muss Deutschland entsprechende Anlagen zunächst im eigenen Land aufbauen und testen. Zudem gibt es auch in Deutschland Bereiche, in denen eigene Wasserstoff-Elektrolyseure sinnvoll eingesetzt werden können.

Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer gibt für deutsche Anlagenbauer im Bereich Elektrolyseure einen Weltmarktanteil von mehr als einem Sechstel an. Ziel der Bundesregierung ist es, diesen Anteil durch weitere aus Forschung und Entwicklung resultierende Innovationen zu festigen. So sollen in diesem wachsenden Wirtschaftszweig Arbeitsplätze geschaffen und Exportchancen genutzt werden.

14. Wenn Deutschland auf Grünen Wasserstoff aus Afrika setzt – woher soll das Wasser für die Produktion kommen?

Derzeit wird für einen „Potenzialatlas Wasserstoff“ in Süd- und Westafrika analysiert, welche Möglichkeiten es vor Ort für die Produktion und den Export von Grünem Wasserstoff gibt. In diesen Regionen kann aufgrund der Nähe zum Meer Meerwasser verwendet werden. Dieses Meerwasser soll mithilfe erneuerbarer Energie zuerst entsalzt und dann für die Wasserstoff-Produktion genutzt werden.

15. Welche Projekte zu Grünem Wasserstoff fördert das Bundesforschungsministerium bereits heute?

Den größten Beitrag zur Wasserstoff-Forschung des BMBF leisten die Kopernikus-Projekte. Insbesondere das Kopernikus-Projekt P2X erforscht Grünen Wasserstoff von der Erzeugung über den Transport bis hin zur Nutzung. Auch das Projektkonsortium HYPOS untersucht die Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff. Das Kopernikus-Projekt ENSURE hingegen analysiert, wie Wasserstoff in das Energienetz der Zukunft integriert werden kann. Die Projekte Carbon2Chem und die Machbarkeitsstudie MACOR untersuchen, wie Wasserstoff die Stahlindustrie klimafreundlich gestalten könnte. Die Projekte DEPECOR, BioDME und NAMOSYN widmen sich klimafreundlichen Kraftstoffen, für deren Produktion Wasserstoff benötigt wird. Rheticus untersucht die Herstellung von klimafreundlichen Chemieprodukten mithilfe von Wasserstoff.

Eine Übersicht der wichtigsten Projekte des BMBF zum Thema Wasserstoff finden Sie hier.