Die Rolle des Wasserstoffs in der globalen Energietransformation

Die globale Energietransformation hin zu einer nachhaltigen und klimaneutralen Zukunft erfordert innovative Lösungen und Technologien. Wasserstoff wird dabei immer wieder als ein zentraler Baustein genannt. Seine Vielseitigkeit und das Potenzial, sektorenübergreifend zur Dekarbonisierung beizutragen, machen ihn zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Energiewende.

 

Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff

Je nach Herstellungsverfahren und den dabei verwendeten Energiequellen wird Wasserstoff in verschiedene Farben eingeteilt. Diese Unterscheidung ist auch deshalb von Relevanz, da die einzelnen Farben Aufschluss über die Klimaneutralität und Nachhaltigkeit des produzierten Wasserstoffs geben.

 

Die verschiedenen Arten von Wasserstoff

Grüner Wasserstoff: Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie hergestellt. Grüner Wasserstoff ist klimaneutral und gilt als die nachhaltigste Form. 

Grauer Wasserstoff: Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen hergestellt, jedoch ohne CO2-Abscheidung. Grauer Wasserstoff ist die am weitesten verbreitete Form, aber auch die umweltschädlichste.

Blauer Wasserstoff: Blauer Wasserstoff wird ebenfalls aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas gewonnen, wobei das entstehende CO2 durch Carbon-Capture-and-Storage-(CCS)-Technologien aufgefangen und gespeichert wird. Blauer Wasserstoff ist weniger klimaneutral als grüner Wasserstoff, da nicht das gesamte CO2 „eingefangen” werden kann. Dennoch ist sie eine wichtige Übergangstechnologie. 

Türkiser Wasserstoff: Türkiser Wasserstoff entsteht durch die thermische Spaltung von Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff. Dieses Verfahren ist klimaneutral, wenn die Energie aus erneuerbaren Quellen stammt.

Pinker Wasserstoff: Pinker Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus Kernenergie hergestellt. Pinker Wasserstoff ist klimaneutral, jedoch umstritten aufgrund der Nutzung von Kernenergie.

 

Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) – „Global Hydrogen Review 2024” – erreichte die globale Wasserstoffproduktion im Jahr 2023 etwa 97 Millionen Tonnen, wobei weniger als 1 Prozent davon emissionsarm waren. Daraus wird ersichtlich, dass noch erhebliche Anstrengungen notwendig sein werden, um den Anteil von grünem Wasserstoff deutlich zu erhöhen und somit einen nennenswerten Beitrag zur Erreichung der Klimaziele zu leisten. Die Prognosen geben durchaus Anlass zur Hoffnung. So spricht die IEA davon, dass der Anteil von grünem Wasserstoff bis 2030 erheblich steigen könnte. Basierend auf angekündigten Projekten, könnte die Produktion von emissionsarmem Wasserstoff bis 2030 auf 49 Millionen Tonnen pro Jahr ansteigen. Das würde in etwa der Hälfte der gesamten weltweiten Produktion des Jahres 2023 entsprechen und wäre zugleich ein Vielfaches der aktuellen Produktionsmenge von weniger als einer Million Tonnen pro Jahr. Allerdings kam es  in den vergangenen zwei Jahren wiederholt zu Projektverschiebungen bis hin zu Entscheidungen, Projekte nicht zu realisieren. Und so könnte sich diese Wachstumsprognose der IEA womöglich als zu optimistisch erweisen.
 

Energieeffizienz von Wasserstoff

Die Energieeffizienz von Wasserstoff ist ein entscheidender Faktor für seine Rolle in der Energietransformation. Wasserstoff hat eine hohe Energiedichte und kann in verschiedenen Formen gespeichert und transportiert werden. Allerdings ist die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse energieintensiv.
Der Wirkungsgrad der Elektrolyse liegt derzeit bei etwa 70 Prozent.Das bedeutet, dass 30 Prozent der eingesetzten Energie verloren gehen. Darüber hinaus treten auch beim Speichern und bei der Rückumwandlung in Strom Energieverluste auf. Der Gesamtwirkungsgrad von der Elektrolyse über die Speicherung bis zur Rückverstromung liegt oft nur bei etwa 30 bis 40 Prozent, das heißt, dass zwischen 60 und 70 Prozent der ursprünglichen Energie verloren gehen. Da die Stromkosten etwa 70 Prozent der gesamten Herstellungskosten ausmachen, spielen erneuerbare Energien eine entscheidende Rolle für das Wachstum von grünem Wasserstoff. Je günstiger dieser Strom produziert werden kann, desto besser können die Effizienzverluste kompensiert werden.

 

Wasserstoff als saisonales/längerfristiges Speichermedium

Ein weiterer Vorteil von Wasserstoff ist seine Fähigkeit, als saisonales und längerfristiges Speichermedium zu dienen. Im Gegensatz zu Batterien, die für kurzfristige Speicherung geeignet sind, kann Wasserstoff über längere Zeiträume gespeichert werden. Dies ist besonders wichtig für die Integration erneuerbarer Energien, die sowohl saisonalen als auch kurzfristigeren Schwankungen unterliegen.
Wasserstoff kann zum Beispiel in großen Mengen in unterirdischen Kavernen oder Drucktanks gespeichert werden. Diese Speicher Technologien ermöglichen es, überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen in Zeiten hoher Produktion zu speichern und bei Bedarf wieder abzurufen. Dadurch wird die Versorgungssicherheit erhöht und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert. 

 

Ressourceneinsatz

Für eine umfassende Betrachtung des Themas Wasserstoff ist auch eine Analyse der eingesetzten Ressourcen unerlässlich. Ein besonders wichtiger Aspekt dabei ist der Wasserverbrauch. Für die Elektrolyse von Wasser wird eine erhebliche Menge an Wasser benötigt. Um ein Kilogramm Wasserstoff zu produzieren, werden etwa neun Liter Wasser benötigt. Somit ist für die großflächige Produktion von grünem Wasserstoff eine zuverlässige und nachhaltige Wasserquelle erforderlich. In Regionen mit Wasserknappheit könnte dies eine Herausforderung darstellen und setzt daher eine Planung und ein sorgfältiges Management der Wasserressourcen voraus.