Um die Folgen des voranschreitenden Klimawandels zu minimieren, muss der Ausstoß von CO2-Emissionen drastisch reduziert werden. Um diesen Wandel in Industrie und Wirtschaft voranzutreiben, sind neue Technologien nötig, mit denen fossile Brenn- und Kraftstoffe ersetzt werden können. Dazu wird in den letzten Jahren vermehrt die Nutzung von grünem Wasserstoff diskutiert. Doch was ist grüner Wasserstoff überhaupt und wie soll der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft bei der Reduzierung von CO2-Emissionen unterstützen?
In unserem Ratgeber erfahren Sie, was grüner Wasserstoff ist, wie die Herstellung funktioniert und welche Vor- und Nachteile die Nutzung von grünem Wasserstoff mit sich bringt.
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Was ist grüner Wasserstoff?
Unter grünem Wasserstoff versteht man per Definition durch Wasserspaltung gewonnenen Wasserstoff, bei dem die Energie für die Elektrolyse vollständig aus erneuerbaren Energien wie Windenergie oder Sonnenenergie stammt.
Durch die Nutzung von Wasserstoff soll die Dekarbonisierung, also die Reduzierung von klimaschädlichem CO2, im Zuge der Energiewende vorangetrieben werden. Da bei der Herstellung von grünem Wasserstoff keine Treibhausgase ausgestoßen werden, gilt der Wasserstoff als klimafreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen. Denn im Vergleich mit grauen oder türkisem bzw. blauem Wasserstoff ist nur grüner Wasserstoff wirklich klimafreundlich. Das Erdgas, das für die Wasserstofferzeugung von grauem oder blauem Wasserstoff benötigt wird, muss nämlich gefördert werden, wobei erhebliche Emissionen entstehen. Bei herkömmlichem – also grauem – Wasserstoff, fallen während der Spaltung des Erdgases pro Tonne Wasserstoff rund zehn Tonnen CO2 als Abfallprodukt an. Bei der Herstellung von blauem Wasserstoff wird das CO2 zwar eingefangen und unterirdisch gespeichert, allerdings ist die Produktion dadurch mit Risiken und hohen Kosten verbunden.
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Wo ist die Verwendung von grünem Wasserstoff möglich?
Grüner Wasserstoff ist z. B. zur Verwendung als Kraftstoff im Verkehr geeignet. Insbesondere dort, wo eine Elektrifizierung nicht sinnvoll oder möglich ist, kann Wasserstoff eingesetzt werden. Zusammen mit CO2 lässt sich grüner Wasserstoff in andere klimafreundliche Kraftstoffe umwandeln, mit denen LKWs, Schiffe und Flugzeuge angetrieben werden können.
Abgesehen von der Verwendung als Kraftstoff gibt es für grünen Wasserstoff noch weitere Einsatzmöglichkeiten, z. B. in der Industrie, im Verkehrswesen und bei der Wärmeversorgung. Mit Wasserstoff als Energiespeicher lassen sich zudem auch Versorgungsengpässe bei stark schwankender regenerativer Stromerzeugung, vor allem durch Wind und Sonne, vermeiden.
Grüner Wasserstoff in der Industrie
Zu den wichtigsten Einsatzbereichen von grünem Wasserstoff in der Industrie gehören die Chemie- und Stahlindustrie. In der Stahlindustrie lässt sich mit Wasserstoff Kohle als Reduktionsmittel ersetzen. In der chemischen Industrie wird Wasserstoff benötigt, um z. B. Erdöl als Rohstoff zu ersetzen. Generell geht man davon aus, dass Umstellungen in der Industrie an erster Stelle in der Stahlindustrie möglich sind. Die Umsetzung dieser Umstellung untersucht das Bundesforschungsministerium in einem eigenen Projekt.
Darüber hinaus kann grüner Wasserstoff in der Industrie auch zum Beheizen von Brennöfen genutzt werden – z. B. in der Glas- und Zementindustrie.
Grüner Wasserstoff im Verkehrswesen
Im Hinblick auf das Verkehrswesen und die Mobilität ist grüner Wasserstoff vor allem in den Bereichen relevant, in denen eine Elektrifizierung in naher Zukunft nicht möglich ist. Das betrifft den Flug-, Fern- Schwerlast- und Schiffsverkehr. Mit Wasserstoff als Ausgangsstoff für synthetische Kraftstoffe lassen sich allerdings auch diese Bereiche klimafreundlich gestalten und umstellen. Das ist möglich, indem schwere Nutzfahrzeuge über Brennstoffzellen angetrieben werden, wodurch anstatt von Abgasen lediglich Wasserdampf ausgestoßen wird, was zum Klimaschutz und der Reduzierung von CO2 beiträgt.
Grüner Wasserstoff bei der Wärmeversorgung
In geringen Mengen kann grüner Wasserstoff bereits heute in das Gasnetz eingespeist werden. Der Grenzwert hierfür liegt allerdings bei bis zu zehn Prozent, wobei potenziell auch höhere Anteile denkbar sind. Der Wasserstoff kann im Prinzip genau wie Erdgas verbrannt werden, wobei bei der Verbrennung lediglich Wasserdampf entsteht. Wie genau und in welchem Umfang grüner Wasserstoff in der Wärmeversorgung eingesetzt werden kann und sollte, ist derzeit allerdings noch umstritten. Laut Expertenmeinungen gibt es vor allem im Wärmesektor bereits heute effizientere Alternativen im Vergleich zur Verwendung von grünem Wasserstoff.
Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt?
Die Herstellung von grünem Wasserstoff erfolgt durch Elektrolyse – also die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Da dafür Strom aus erneuerbaren Energiequellen genutzt wird, ist grüner Wasserstoff CO2-frei. Die Produktion erfolgt in einem Elektrolyseur, also einer Vorrichtung, in der mit Hilfe von Strom eine Stoffumwandlung herbeigeführt wird.
Bei der Elektrolyse mit dem Elektrolyseur wird der Wasserstoff aufgefangen und genutzt, während Sauerstoff als Nebenprodukt freigesetzt wird. Bei dem Spaltverfahren handelt es sich um eine bewährte Technologie zur Wasserstoff-Elektrolyse. Darüber hinaus gibt es noch zahlreiche weitere Verfahren zur industriellen Erzeugung von grünem Wasserstoff.
Grüner Wasserstoff: Wie hoch sind die Kosten?
Wie kann man Stromfresser im Haushalt finden?
Bis zum Jahr 2030 könnten die Kosten für grünen Wasserstoff auf 2 bis 2,5 Euro pro Kilogramm sinken. Das liegt an den weiter sinkenden Investitionskoten von Elektrolyseuren und erneuerbaren Energien. Wird die Größe des Elektrolyseurs auf die Erzeugungskapazität optimiert, senkt das die Kosten um bis zu 40 Prozent.
Grundsätzlich gilt, dass grüner Wasserstoff umso günstiger wird, je günstiger die Produktion des Stroms für die Wasserstofferzeugung wird und je weiter die technologische Entwicklung der Wasser-Elektrolyse voranschreitet. Darüber hinaus werden die Kosten für grünen Wasserstoff auch vom Transport und der Bereitstellung des Wasserstoffs beeinflusst.
Grüner Wasserstoff in Deutschland: So soll der Markthochlauf gefördert werden
Da der Markthochlauf von grünem Wasserstoff derzeit noch stockt, hat das Bundesumweltministerium konkrete Maßnahmen in die Wasserstoffstrategie eingebracht, um einen Markthochlauf voranzubringen. Diese sehen eine Beimischungsquote bei Flugkraftstoffen vor, die bis 2030 auf zwei Prozent ansteigen soll. Zudem ist die Anrechnung von grünem Wasserstoff in Raffinerien auf die Treibhausgas-Quote eingeplant sowie die Förderung der Erzeugung von grünem Wasserstoff für die Stahl- und Chemieindustrie.
Welche Vor- und Nachteile bietet grüner Wasserstoff?
Grüner Wasserstoff wird im Rahmen der Energiewende und der angestrebten Dekarbonisierung zunehmend als Alternative zu fossilen Brennstoffen angesehen. In diesem Zusammenhang werden die Vor- und Nachteile von grünem Wasserstoff immer wieder diskutiert. Neben Vorteilen wie Klimaschutz und den vielseitigen Verwendungsmöglichkeiten bestehen die Nachteile von grünem Wasserstoff vor allem in der gering ausgebauten Infrastruktur für die Produktion und den Transport.
Klimafreundlich, vielseitig einsetzbar, effizient: Die Vorteile von grünem Wasserstoff im Überblick
Durch die CO2-freie Erzeugung bietet grüner Wasserstoff besonders mit Blick auf den Klimaschutz und die mit der Energiewende angestrebte Dekarbonisierung einen großen Vorteil. Darüber hinaus ist Wasserstoff den fossilen Brennstoffen und Energieträgern allerdings noch in weiteren Punkten überlegen.
Diese Vorteile bietet grüner Wasserstoff:
Vielseitige Verwendung von grünem Wasserstoff als Brennstoff, zur Erzeugung von Strom und Wärme sowie als Rohstoff in der Industrie
Klimafreundliche Energiequelle: Reduzierung von CO2-Emissionen durch die Herstellung aus erneuerbaren Energien
Eignung als Treib- bzw. Kraftstoff
Mit Hilfe von Wasserstoff kann Strom aus Sonnen- und Windkraft langfristig gespeichert werden
Hohe Energiedichte: Wasserstoff ist energieeffizienter und leistungsfähiger als fossile Brennstoffe
Nachhaltige Alternative zu Kohle in der Stahlherstellung
Klimafreundliche Mobilität durch die Nutzung von Wasserstoff für Brennstoffzellen
Nachteile von grünem Wasserstoff
Grüner Wasserstoff ist zwar klimafreundlich in der Herstellung, bietet allerdings nicht nur Vorteile. So fallen z. B. durch den benötigten Strom für die Wasserstofferzeugung verhältnismäßig hohe Kosten an. Da die Technologie für die Erzeugung von grünem Wasserstoff noch nicht ganz ausgereift ist, wird für die Herstellung von Energie aus Wasserstoff derzeit mehr Energie verbraucht als produziert.
Die Nachteile von grünem Wasserstoff im Überblick:
Derzeit noch hohe Kosten
Keine flächendeckende Infrastruktur
Hoher Strom- und Energieverbrauch für die Produktion
Wasserstoffspeicherung und Transport derzeit noch schwierig
Technologie für die Wasserstofferzeugung befindet sich noch in der Entwicklung
Stromüberschuss an Ökostrom noch nicht so hoch wie benötigt für eine ausreichend hohe Wasserstofferzeugung
Wie steht es um die Entwicklung und Verwendung von grünem Wasserstoff in Deutschland?
Durch die Herausforderungen und Bedrohungen des Klimawandels und den daraus resultierenden Handlungsbedarf ist grüner Wasserstoff als wichtiger Teil der Energiewende für Industrie, Politik und Wirtschaft interessant geworden. Im Jahr 2020 verabschiedete die Bundesregierung die sogenannte Nationale Wasserstoffstrategie, in deren Fokus die Entwicklung und Förderung von grünem Wasserstoff stehen. Ziel der Wasserstoffstrategie ist es, einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen der vereinbarten Pariser Klimaschutz-Ziele beizutragen. Gleichzeitig soll mit der Wasserstoffwirtschaft der Technologiestandort Deutschland gestärkt werden mit dem Export von Wasserstoff-Technologien in der Zukunft.
Aktuell liegt die Effizienz in der Gewinnung von Wasserstoff bei 60 Prozent. Durch die verstärkte Forschung in eigenen Projekten der Bundesregierung und des Bundesforschungsministeriums soll sich die Effizienz in Zukunft enorm verbessern, sodass grüner Wasserstoff zu einem wesentlichen Energieträger in Industrie und Verkehrswesen werden kann.
