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Gemeinschaftsprojekt „H2goesRail“ entwickelt ein völlig neues Wasserstoff-Gesamtsystem für die Schiene

Grüner Wasserstoff: Ist er unser Klima-Retter?

Er gilt als Superwaffe im Kampf gegen den Klimawandel: grüner Wasserstoff. Aber was genau ist damit gemeint? Die neue Bundesregierung will ihn ebenfalls fördern, um Deutschlands Klimaziele zu erreichen. Schaffen wir damit die Energiewende?
Grüner Wasserstoff: Ist er unser Klima-Retter?
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Das Wichtigste zum Thema grüner Wasserstoff

  • H wie hochkomplex: Wasserstoff kommt in der Natur selten in reiner Form vor. Seine Gewinnung ist daher (noch) kompliziert und teuer.

  • H wie Herstellung: Grün ist Wasserstoff nur, wenn bei der Produktion ausschließlich erneuerbare Energien im Einsatz sind.

  • H wie hoffnungsvoll: Deutschland sieht in grünem Wasserstoff einen wichtigen Baustein zum Erreichen der Klimaziele.

  • H wie Habeck: Der Bundeswirtschaftsminister hat angekündigt, den Einsatz von Wasserstoff in Deutschland massiv zu fördern, und will dafür fast eine Milliarde Euro ausgeben. Zudem sollen Erdgas-Kraftwerke ab 2035 auf grünen Wasserstoff umgestellt werden.

Was ist grüner Wasserstoff?

Zunächst einmal ein chemisches Element mit der Abkürzung H. Es kommt in der Natur hauptsächlich in Verbindungen vor, zum Beispiel in Kombination mit Kohlenstoff (C) als Methan (CH4) in Erdgas oder mit Sauerstoff (O) als Wasser (H2O).

Wassermolekül


Diese Grafik kennst du vielleicht noch aus dem Chemie-Unterricht: Sie zeigt die chemische Verbindung eines Wassermoleküls aus zwei Wasserstoff-Atomen und einem Sauerstoff-Atom.
© picture alliance/imageBROKER

 

Wasserstoff enthält pro Kilogramm fast dreimal so viel Energie wie Benzin oder Diesel. Das macht ihn für viele zum Wundermittel für die Energiewende.

Aber: Das flüchtige Gas ist hochexplosiv. Und um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, muss er aus seinen Verbindungen herausgelöst werden. Das ist kompliziert und teuer.

 

⚡ Gewinnung durch Elektrolyse

Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser abgespalten. Vereinfacht gesagt wird dabei Wasser unter Strom gesetzt und so in seine Einzelteile zerlegt: Wasserstoff und Sauerstoff.

"Grün" wird der Wasserstoff dann, wenn bei der Gewinnung ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien von Solaranlagen, Windparks und Co. eingesetzt wird.

Bei seiner späteren Verwendung etwa in einer Brennstoffzelle entsteht durch die Reaktion mit dem Sauerstoff aus der Luft ebenfalls nur Wasser. Heißt: Weder die Herstellung noch die Nutzung von grünem Wasserstoff produziert umweltbelastendes Kohlendioxid (CO2).

Mehr zur Elektrolyse und zu Brennstoffzellen

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Die neueste Innovation in Deutschland: der Wasserstoff-Zug Mireo Plus H

Die Deutsche Bahn (DB) und Siemens Mobility haben die neueste Generation eines Wasserstoff-Zugs, genannt Mireo Plus H, sowie einen mobilen Wasserstoff-Speichertrailer, vorgestellt.

Der Mireo Plus H ist ein zweiteiliger Triebzug und hat den Unternehmen zufolge eine Reichweite von bis zu 800 Kilometern. Er könne bis zu 160 Stundenkilometer schnell werden. Ab 2023 wird der Wasserstoff-Zug in Baden-Württemberg getestet. 2024 soll er zwischen Tübingen, Horb und Pforzheim einen Diesel-Triebwagen ersetzen - und dabei rund 330 Tonnen CO2 pro Jahr einsparen.

Mireo Plus H


Am 5. Mai 2022 wurde das Projekt H2goesRail und der Mireo Plus H vorgestellt. Der neue Wasserstoff-Zug soll ab 2023 erste Testfahrten absolvieren.
© Deutsche Bahn AG / Volker Emersleben

Weil Wasserstoff-Züge statt Kohlendioxid nur Wasserdampf ausstoßen, sind sie eine emissionsfreie Alternative zu Diesel-Loks. Bis zu 520 Tonnen CO2-Ausstoß pro Jahr soll ein Wasserstoff-Zug je nach Strecke verhindern können (gerechnet auf 200.000 Kilometer Laufleistung).

Zusätzlich zum Mireo Plus H hat die DB eine mobile Wasserstoff-Tankstelle und die dazugehörigen Instandhaltungs-Infrastruktur entwickelt. So soll ein Wasserstoffzuges erstmalig genauso schnell betankt werden können wie ein Dieseltrieb-Zug - in rund 15 Minuten.

Mobile Wasserstofftankstelle


Die neue Wasserstoff-Tankstelle ist mobil und kann zu den Endstationen des Mireo Plus H gebracht werden. So soll das Betanken schneller und einfacher gehen.
© Deutsche Bahn AG / Volker Emersleben

So funktioniert das Wasserstoff-System der Deutschen Bahn

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Hier könnte grüner Wasserstoff noch zum Einsatz kommen

Neben Zügen und Bussen kann grüner Wasserstoff zum Beispiel auch als Antrieb in Brennstoffzellen von Autos, Schiffen oder Flugzeugen fossile Kraftstoffe ersetzen - oder durch Verbrennung zu Wasserdampf einen Teil der Wärmeversorgung abdecken.

Vor allem für die Industrie ist grüner Wasserstoff interessant: als klimaneutraler Ersatz von Gas und Öl. So könnte er die Brennöfen in Stahl-, Glas-, und Zement-Werken beheizen.

Salzgitter AG


Die Niedersachsener Salzgitter AG stellt die Stahlproduktion um: Statt mit Koks wird Eisenerz mithilfe von Wasserstoff zu Eisen reduziert.
© picture alliance/Julian Stratenschulte/dpa

 

Da ist noch Luft nach oben

Damit die Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff eine kostengünstigere Alternative werden, muss aber noch weiter geforscht und entwickelt werden. Auch gibt es aktuell noch zu wenig Tankstellen.

Bislang gilt: Weil die Elektrolyse sehr viel Energie benötigt, lohnt sich die Produktion von grünem Wasserstoff nur dort, wo genügend erneuerbare Energie bereitsteht. Hier bieten sich etwa Windparks an: Anstatt die überschüssige Energie bei erreichten Speicherkapazitäten durch Abschalten zu verlieren, kann sie zur Produktion von grünem Wasserstoff verwendet werden.

Die Nutzung von grünem Wasserstoff ist nur dort sinnvoll, wo es weder klassische Stromanschlüsse noch Strom aus Akkus gibt. Wasserstoff kann nur flüssig transportiert werden - ein teures, umständliches Verfahren.

Blau, türkis, grau: Diese Wasserstoff-Arten gibt es auch

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    Neben grünem Wasserstoff gibt es noch andere Varianten des farblosen Gases.

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    Durch die Spaltung von Erdgas in Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht grauer Wasserstoff. Problem: Das Kohlendioxid landet ungenutzt in der Atmosphäre. Das schadet der Umwelt. Trotzdem wird mit diesem Verfahren seit Jahrzehnten der Großteil an Wasserstoff gewonnen.

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    Blauer Wasserstoff ist eigentlich grau - mit dem Unterschied, dass das abgeschiedene Kohlendioxid gespeichert wird. Dadurch belastet es (zunächst) nicht die Umwelt.

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    Türkiser Wasserstoff entsteht ebenfalls bei der Spaltung von Erdgas. Bei der Hochtemperatur-Methanpyrolyse bildet sich neben Wasserstoff fester Kohlenstoff. Die Ökobilanz hängt von der benötigten Wärme-Erzeugung ab.

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    Daneben gibt es weitere Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, die bislang jedoch noch wenig tauglich sind. Deshalb fallen sie noch unter den Sammelbegriff bunter Wasserstoff.

Deutschlands Wasserstoff-Strategie

Die Bundesregierung sieht eine große Chance in grünem Wasserstoff: Erstens soll er zum Erreichen der international vereinbarten Klimaschutz-Ziele der UN beitragen. Zweitens soll er Deutschland als Technologie-Standort stärken und Arbeitsplätze schaffen.

Deshalb investiert die deutsche Regierung auch in der Corona-Krise viel Geld: Rund neun Milliarden Euro des Corona-Konjunkturpakets fließen in Wasserstoff-Technologien und internationale Partnerschaften etwa in Afrika und Australien.

Auf diese Weise will man die Kosten zur Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff langfristig senken und Wasserstoff-Weltmeister werden.

Veröffentlicht: 09.05.2022 / Autor: Alexander Duebbert