Das leichteste aller Elemente spielt eine wichtige Rolle in Energiewende-Szenarien. Auch Bosch will groß in das Geschäft einsteigen. Was man über Produktion, Nutzung und Klimabilanz wissen sollte.
Wenn es um das Thema Wasserstoff geht, bekommen Spitzenkräfte aus Politik und Wirtschaft oft leuchtende Augen. Jüngst verkündete der Stuttgarter Bosch-Konzern, massiv in das Geschäft mit diesem Energieträger einsteigen zu wollen – hauptsächlich mit der Produktion von Komponenten für Elektrolyseanlagen zur Wasserstoffgewinnung. Dass auf diesem Gebiet in Zukunft gute Geschäfte winken, steht außer Zweifel. Denn für einen klimafreundlichen Umbau des Energiesystems spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle.
Die Begeisterung für das Gas rührt daher, dass bei seiner Verbrennung oder bei der Nutzung in Brennstoffzellen nur Wasser entsteht – und keine Treibhausgase oder sonstige Luftschadstoffe. Allerdings kommt reiner Wasserstoff nicht in nennenswerten Mengen auf der Erde vor. Bevor man ihn nutzen kann, muss er aus anderen chemischen Verbindungen gewonnen werden. Und hier fangen die Probleme an. Denn klimaneutral ist Wasserstoff nur, wenn er in Elektrolyseanlagen hergestellt wird, die mit Ökostrom betrieben werden. Sogenannter grüner Wasserstoff spielt aber bislang kaum eine Rolle. Das Gas wird aktuell zu 96 Prozent aus Öl, Erdgas und Kohle gewonnen, was wiederum mit CO2-Emissionen verbunden ist.
Ein wahrer Alleskönner
Für die Energiewende ist Wasserstoff auch deshalb interessant, weil er Strom, der aktuell nicht benötigt wird, in Form chemischer Energie speichern kann. Der so gewonnene Wasserstoff ist ein wahrer Alleskönner. Er kann als klimaneutrale Alternative zu Erdgas Gebäude heizen, in Gaskraftwerken zum Ausgleich der unsteten Ökostromerzeugung wieder in Strom verwandelt werden oder in Brennstoffzellen genutzt werden, die zum Beispiel Lastwagen und Schiffe antreiben oder als Blockheizkraftwerke dienen.
Das größte Potenzial für den Einsatz von grünem Wasserstoff sehen Energieexperten aber in der Industrie, die ihren gewaltigen Wärmebedarf bis jetzt zum allergrößten Teil über fossile Energiequellen deckt. „Durch die Transformation industrieller Produktionsverfahren können große Mengen an Treibhausgasemissionen eingespart werden“, sagt auch Thilo Schaefer, Leiter des Kompetenzfelds Umwelt, Energie, Infrastruktur beim Institut der Deutschen Wirtschaft (IW) in Köln.
Viele Anwendungen, wenig Wasserstoff
Um wichtige Industriebranchen klimafreundlicher zu machen, werden enorme Mengen an grünem Wasserstoff benötigt. Eine Schlüsselrolle soll das Gas künftig unter anderem in der Stahlproduktion spielen, wo er die bislang eingesetzte klimaschädliche Kohle ersetzen soll. Auch die Treibhausgasemissionen der Zementproduktion und der Chemieindustrie könnten durch den konsequenten Einsatz von Wasserstoff drastisch verringert werden. Für Chemiekonzerne ist das Gas zudem nicht nur als Energiequelle interessant, sondern auch als Rohstoff für chemische Synthesen. An potenziellen Anwendungen herrscht also kein Mangel – dafür aber an grünem Wasserstoff. „Jeder verplant jetzt schon den Wasserstoff, der noch gar nicht verfügbar ist“, sagt Schaefer. Der künftige Bedarf übersteigt die vorhandene Elektrolysekapazität um ein Vielfaches.
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Für den Ausbau der grünen Wasserstoffproduktion werden zudem gewaltige Mengen an Ökostrom benötigt. Die Bundesregierung hat die Ausbauziele bei Wind und Fotovoltaik zwar nach oben gesetzt, doch der Zubau läuft immer noch viel zu langsam. Hinzu kommt, dass auch in anderen Bereichen die Nachfrage nach Ökostrom wächst – etwa für E-Autos, Wärmepumpen oder die Elektrifizierung industrieller Prozesse. Die direkte Nutzung von Ökostrom hat den Vorteil, dass dabei keine Energie bei der Elektrolyse und nachgelagerten Prozessen verloren geht.
Hohe Importquote
Einschlägige Zukunftsszenarien gehen davon aus, dass der größte Teil des grünen Wasserstoffs importiert werden muss. So nimmt die Bundesregierung in ihrer Nationalen Wasserstoffstrategie an, dass bis zum Jahr 2030 weniger als ein Sechstel des hiesigen Bedarfs durch nationale Erzeugung gedeckt werden kann. Der Rest soll aus sonnenreichen Regionen wie Nordafrika oder auch Chile importiert werden, wo es mehr Platz für die Ökostromerzeugung gibt und die Produktionskosten niedriger sind.
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Doch der Aufbau der dafür erforderlichen Infrastruktur gehe viel zu langsam voran, kritisiert Schaefer. „Wasserstoffstrategie: Bundesregierung verschätzt sich bei Importen bis 2030“ lautet die Überschrift über einem Beitrag auf der IW-Homepage zu einer Studie, an der Schaefer beteiligt war. „Es fehlen Elektrolyseanlagen und Transportkapazitäten“, sagt der Experte und fügt hinzu: „Wenn wir die Potenziale von Wasserstoff in absehbarer Zeit nutzen wollen, muss die Politik mächtig aufs Tempo drücken.“
Zudem müsse es für Unternehmen attraktiver werden, Wasserstoff zu nutzen. Damit die Industrie jetzt schon in wasserstoffbasierte Produktionsanlagen investieren könne, müsse übergangsweise auch grauer und blauer Wasserstoff aus fossilen Quellen eingesetzt werden, so Schaefer.
Die Farben des Wasserstoffs
Grün
Grüner Wasserstoff entsteht durch die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrolyseanlagen, die mit Ökostrom betrieben werden. Dabei wird ein Teil der ursprünglich eingesetzten Energie als Wärme abgegeben.
Schwarz
Schwarzer Wasserstoff wird aus Kohle oder Erdöl gewonnen, wobei große Mengen an Kohlendioxid freigesetzt werden.
Grau
Grauer Wasserstoff entsteht durch die Dampfreformierung von Erdgas, das großteils aus Methan (CH4) besteht. Dabei wird ebenfalls Kohlendioxid frei, aber weniger als beim schwarzen Wasserstoff.
Blau
Die Herstellung funktioniert wie beim grauen Wasserstoff. Allerdings wird das entstehende CO2 unterirdisch eingelagert.