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 Bundesregierung will ihn fördern, um Deutschlands Klimaziele zu erreichen. Schaffen wir damit die Energiewende?

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.

Was ist grüner Wasserstoff?

Zunächst einmal ist Wasserstoff ein chemisches Element mit der Abkürzung H. Er 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).

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 von Wasserstoff durch Elektrolyse

Mittels Elektrolyse wird Wasserstoff 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).

Welche Prozesse hinter der Elektrolyse stecken und in einer Brennstoffzelle genauer ablaufen, erklärt die Max-Planck-Gesellschaft im folgenden Clip.

Mehr zur Elektrolyse und zu Brennstoffzellen

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

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

👩‍🔬 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.

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

👩‍🔬 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.

👩‍🔬 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

Wie ihre Vorgängerin sieht auch die Bundesregierung der Ampel-Parteien großes Potenzial in grünem Wasserstoff: Erstens soll er zum Erreichen der Klimaschutz-Ziele der Vereinten Nationen (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: Unter anderem flossen rund neun Milliarden Euro des Corona-Konjunkturpakets in Wasserstoff-Technologien und internationale Partnerschaften etwa in Afrika und Australien. Auch mit Kanada plant die Regierung um Bundeskanzler Olaf Scholz (SPD) und Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck (Grüne) ein Wasserstoff-Abkommen.

Diese Regionen bieten sich zur Produktion von grünem Wasserstoff besonders an, weil der Prozess der Elektrolyse sehr viel Energie benötigt und dort genügend erneuerbare Energie bereitsteht.

Wasserstoff-Zug "Mireo Plus H"

Im Mai stellten die Deutsche Bahn (DB) und Siemens Mobility die neueste Generation eines Wasserstoff-Zugs, genannt Mireo Plus H, sowie einen mobilen Wasserstoff-Speichertrailer, vor.

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 Kilometer pro Stunde 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.

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

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.

Damit die Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff langfristig eine kostengünstige Zukunft hat, muss aber noch weiter geforscht und entwickelt werden.

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Fortschrittsbericht zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie