Grüner Wasserstoff wird das Erdöl von morgen sein. Davon geht zumindest die Deutsche Bundesministerin für Bildung und Forschung Anja Karliczek aus. Um die Energiewende effizient und nachhaltig zu gestalten, ist der äußerst flexible Energieträger Wasserstoff eine wesentliche Säule für die nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung. Deutschland sowie der deutschen Wirtschaft und Wissenschaft sollen dabei international die Vorreiterrolle einnehmen.
Was ist grüner Wasserstoff denn genau und wie gewinnt bzw. stellt man ihn her?
Um es in einem Satz zu sagen: Grüner Wasserstoff wird aus erneuerbaren Energien gewonnen. Ähnlich wie wir das vom grünen Strom her kennen, gewinnt mant grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen. Diese Quellen sind Wasser, Sonne und Wind.
Grüner Wasserstoff wird mittels der sogenannten Wasserelektrolyse hergestellt. Bei diesem Verfahren wird Wasser (H2O) mit Hilfe von elektrischem Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der dabei verwendete elektrische Strom kommt aus regenerativen Energiequellen (Wasser, Wind und Sonne).
Welche Arten von Wasserstoff gibt es?
Beim Wasserstoff handelt es sich um ein farbloses Gas. Je nach seinem Urpsrung haben sich allerdings ein paar Namen im Sprachgebrauch etabliert. Welche verschiedenen Wasserstoff Farben gibt es?
Grüner Wasserstoff
Wie bereits weiter oben schon beschrieben, wird der grüne Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt. Dabei wird für die Elektrolyse des Wassers ausschließlich elektrischer Strom verwendet, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Damit wird bei der Herstellung des grünen Wasserstoffs kein CO2 ausgestoßen.
Grauer Wasserstoff
Anders als beim CO2-freien grünen Wasserstoff sieht die CO2-Bilanz beim grauen Wasserstoff deutlich schlechter aus. Hierbei wir in der Herstellung auf fossile Brennstoffe zurückgegriffen. Der Prozess sieht so aus: Erdgas wird unter Hitze in Wasserstoff und in Kohlenstoffdioxid (CO2) umgewandelt. Der Wasserstoff kann als Energiequelle verwendet werden, das CO2 wird allerdings ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben. Dies hat natürlich Auswirkungen auf das Klima sowie auf den globalen Treibhauseffekt.
Blauer Wasserstoff
Die Herstellung von blauem Wasserstoff ist dieselbe, wie beim grauen Wasserstoff. Der Unterschied liegt in der Verwendung bzw. dem Ausstoß des Kohlenstoffdioxids (CO2). Beim blauen Wasserstoff wird das CO2 bei der Entstehung abgeschieden und gespeichert. Damit bleiben die Effekte auf die Atmosphäre aus. Bilanziell wird blauer Wasserstoff von Experten daher auch als CO2-neutral betrachtet.
Türkiser Wasserstoff
Türkiser Wasserstoff wurd über die sogenannte Methanpyrolyse gewonnen. Dabei entsteht über die thermische Spaltung von Methan Wasserstoff. Als Nebenprodukt bzw. Ausschuss entsteht bei dieser Herstellungsmethode nicht CO2, sondern fester Kohlenstoff. Um diesen Verfahren CO2-neutral durchführen zu können, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein. Zum einen muss der entstehende feste Kohlenstoff dauerhaft gebunden werden. Zum anderen muss die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Engergiequellen sichergestellt werden.
Nationale Wasserstoffstrategie: Welchen Bedarf an grünem Wasserstoff hat Deutschland?
Wenn man sich die Schätzungen der Bundesregierung und der Experten anschaut, zeigt sich ein riesiger Bedarf an Wasserstoff bis 2050, den Deutschland importieren muss:
- 2025: ca. 5 Mio. Tonnen Wasserstoff Importbedarf
- 2030: ca. 12 Mio. Tonnen Wasserstoff Importbedarf
- 2035: ca. 18 Mio. Tonnen Wasserstoff Importbedarf
- 2040: ca. 24 Mio. Tonnen Wasserstoff Importbedarf
- 2045: ca. 35 Mio. Tonnen Wasserstoff Importbedarf
- 2050: ca. 45 Mio. Tonnen Wasserstoff Importbedarf
Dieser Bedarf wird bietet enorme wirtschaftliche Potentiale und Chancen für Deutschland und die gesamte Weltwirtschaft.
Aktionsplan der Bundesregierung
Um die nationale Wasserstoffstrategie zu einem Erfolg zu machen, hat die Bundesregierung 38 verschiedene Maßnahmen (abgekürzt mit M) identifiziert. Die folgende Darstellung ist verkürzt und vereinfacht. Für detailliertere Informationen haben wir im ersten Absatz dieses Beitrags das komplette Strategiepapier verlinkt.
Erzeugung von Wasserstoff
Damit sich Wasserstoff als Energieträger der Zukunft durchsetzen kann, muss eine bezahlbare, nachhaltige und verlässliche Erzeugung die Basis sein. Da aktuell die Herstellkosten noch zu hoch sind, muss eine Reduktion der Kosten erreicht werden. Dies soll vor allem durch die folgenden Maßnahmen erzielt werden.
- M1 – Verbesserte Rahmenbedingungen für den effizienten Einsatz von Strom aus regenerativen Energien
- M2 – Betrachtung neuer Geschäfts-und Kooperationsmodelle von Betreibern von Elektrolyseuren mit Strom- und Gasnetzbetreibern
- M3 – Unterstützung der Industrie im Rahme des Innovationspakts Klimaschutz
- M4 – Förderung der Windenergie auf See zur Erzeugung erneuerbarer Energie
Anwendungsbereiche
Um die Entwicklung eines Wasserstoffmarktes voranzutreiben, wird eine verlässliche Nachfrage benötigt. Dies soll vor allem ökonomisch erfolgen, weshalb Bereiche, in denen der Einsatz von Wasserstoff nahe an der Wirtschaftlichkeit ist, im Vordergrund stehen.
Verkehr
- M5 – Einsatz von grünem Wasserstoff bei der Kraftstoffherstellung und als Alternative zu konventionellen Kraftstoffen
- M6 – Fortsetzung der Fördermaßnahmen im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnolgie (NIP)
- M7 – Entwicklung und Förderung von Anlagen zur Erzeugung strombasierter Kraftstoffe
- M8 – Koordinierter Aufbau einer bedarfsgerechten Tankinfrastruktur (Versorgung der Fahrzeuge im Straßengüterverkehr, ÖPNV und Schienenpersonennahverkehr)
- M9 – Hinwirken auf engagierte Weiterentwicklung des europäischen Infrastrukturaufbaus zur Erleichterung grenzüberschreitender Verkehre mit Brennstoffzellenantrieb
- M10 – Unterstützung des Aufbaus einer wettbewerbsfähigen Zulieferindustrie für Brennstoffzellensysteme
- M11 – Zielführende Umsetzung der Clean Vehicles Directive (CVD) zur Unterstützung von Null-EmissionsFahrzeugen im kommunalen Verkehr
- M12 – CO2-Differenzierung der LKW-Maut
- M13 – Ausbau der Harmonisierung internationaler Standards bzgl. Mobilitätsanwendungen für Wasserstoff- und Brennstoffzellensysteme
Industrie
- M14 – Förderprogramme zur Dekarbonisierung der Industrie
- M15 – Förderung des Betriebs von Elektrolyseanlagen und Zuschüsse zu Investitionskosten im Rahmen der Umstellung auf klimafreundliche Industrieverfahren
- M16 – Stärkung der Nachfrage nach Industrieprodukten, die mittels Wasserstoff und emissionsarmer Prozesse hergestellt wurden
- M17 – Gemeinsame Erarbeitung langfristiger Dekarbonisierungsstrategien mit der energieintensiven Industrie (Chemie, Stahl, Logistik, Luftfahrt und weitere Branchen)
Wärme
- M18 – Ausbaue der Förderung der Energieffizienz im Gebäudebereich in Wohn- und Nichtwohngebäuden (APEE)
- M19 – Prüfung der Fördermöglichkeit für „Wasserstoff-readyness“ Anlagen
Infrastruktur/Versorgung
- M20 – Durchführung eines Markterkundungsverfahren
- M21 – Vorantreiben der Verzahnung der Strom-, Wärme- und Gasinfrastrukturen (bedarfsgerecht und kosteneffizient)
- M22 – Bedarfsgerechter Aufbau des Wasserstofftankstellennetzes (Straße, Schiene & Wasser)
Forschung, Bildung und Innovation
- M23 – Erstellung einer Wasserstoff-Roadmap: Deutschland will sich am Weltmarkt als Leitanbieter für grünen Wasserstoff etablieren und positionieren
- M24 – Auf den Weg bringen von Demonstrationsprojekten, um die Forschung zu internationalen Lieferketten sowieeeeeeee der Lieferanten- und Technologiebeziehung voranzutreiben
- M25 – Strategische Bündelung der Forschungsmaßnahmen an Wasserstoff-Schlüsseltechnologien (Forschungsoffensive „Wasserstofftechnolgien 2030“)
- M26 – Schaffen von innovationsfreundlichen Rahmenbedingungen für den Praxiseinsatz von Wasserstofftechnologien
- M27 – Förderung des hybrid-elektrischen Fliegens (Flightpath 2050) in der Luftfahrt
- M28 – Weiterführung der Förderungen im Maritimen Forschungsprogramm „Maritme.Green“
- M29 – Stärkung von Bildung und Ausbildung (u.a. Schaffung von Kompetenzzentren von außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Hochschulen)
Europäischer Handlungsbedarf
- M30 – Etablierung von verlässlichen Nachhaltigkeitsstandards und Qualitätsstandards, die den Aufbau des internationalen Wasserstoffmarkts aktiv begleiten
- M31 – Verstärkung der Investitionen in Forschung, Entwicklung und Demonstration für grünen Wasserstoff auf EU-Ebene
- M32 – Im Hinblick auf den „European Grean Deal“ macht sich die Bundesregierung für eine schnelle Umsetzung der EU-Wasserstoffinitiativen stark
- M33 – Gründung einer europäischen Wasserstoffgesellschaft zur Förderung und Erschließung gemeinsamer Produktionskapazitäten und -infrastrukturen wird geprüft
Internationaler Wasserstoffmarkt und außenwirtschaftliche Partnerschaften
- M34 – Wasserstoff wird in bereits existierende Energiepartnerschaften integriert und neue Partnerschaften mit strategischen Export- und Importländern sollen geschlossen werden. Das wiederum eröffnet Zukunftsperspektiven
- M35 – Entwicklung der Zusammenarbeit mit Partnerländern im Rahmen einer Wasserstoffallianz (in enger Abstimmung mit den EU-Initiativen)
- M36 – Verstärkung bereits laufender internationaler Wasserstoffaktivitäten (z.B. IPHE, IRENA, IEA) sowie besonderer Blick auf überregionale Aspekte von Wasserstoff und der Erstellung von Potenzialatlanten
- M37 – Durchführung von Pilotvorhaben in Partnerländern (auch unter Beteiligung der deutschen Wirtschaft) zur Prüfung, ob grüner Wasserstoff nachhaltig und wettbewerbsfähig produziert und vermarket werden kann
- M38 – Dialog mit den aktuellen Exporteuren fossiler Brennstoffe suchen