Wasserstoff

In Zukunft wird Wasserstoff als Energieträger stetig an Bedeutung gewinnen. Mit Hilfe von Wasserstoff gibt es die Möglichkeit, erneuerbare Energien zu speichern und bestehende chemische Grundstoffe (z.B. Methan, Methanol, Ammoniak) nachhaltig herzustellen. Dadurch werden heutige Energieträger wie Erdöl oder Erdgas immer weiter ersetzt.

Wasserstoff wird durch verschiedene Energieformen und Herstellungsverfahren gewonnen. Um die Arten von Wasserstoff besser unterscheiden zu können, werden den verschiedenen Herstellungsverfahren verschiedene Farben zugeordnet. Der Wasserstoff ändert dabei seine Farbe nicht, sondern bleibt durchsichtig. Gleichzeitig wird mit der Benennung hervorgehoben, wie umweltfreundlich (grüner Wasserstoff) oder schädlich (grauer Wasserstoff) das jeweilige Verfahren ist. Einen kleinen Überblick über die derzeit wichtigsten Farben (Verfahren) liefert die folgende Grafik (Abbildung 1)¹.

Abbildung 1: Übersicht der Farben von Wasserstoff

Derzeit ist die Produktion von umweltschädlichem grauem Wasserstoff noch sehr hoch, diese soll aber bis 2050 mit grünem Wasserstoff ersetzt werden. Etwa 90 % des Wasserstoffbedarfs wird heute aus fossilen Brennstoffen hergestellt, der Rest wird aus Strom und Wasser gewonnen. Hierfür wird Wasser in einem Elektrolyseur mithilfe von elektrischer Energie in die elementaren Bestandteile (Sauerstoff und Wasserstoff) gespalten. 

Den Vorgang Wasserstoff durch die "Spaltung" von Wasser zu erzeugen, nennt man Elektrolyse. Durch den Einsatz von grünem Strom, z.B. aus Solar- und Windanlagen, wird der Wasserstoff CO₂-neutral. Schon heute fördert die deutsche Bundesregierung den Ausbau von Elektrolyseuren und der Wasserstoff-Infrastruktur erheblich. Aufgrund der immer weiter steigenden CO₂-Abgaben wird die Herstellung von grünem Wasserstoff weiter forciert. Bis 2050 soll dieser 75 % am Wasserstoffmarkt ausmachen. Zusätzlich wird voraussichtlich bis 2050 die jährliche weltweite Nachfrage nach Wasserstoff um knapp das Zwanzigfache auf über 40.000 TWh ansteigen².

Wasserstoff kann im Verkehrssektor, in der Industrie und im Wärmesektor als Energiespeicher genutzt werden. Dies ist auch in der Grafik (Abbildung 2) zu sehen.

Im Vergleich zu einem Batteriespeicher kann Wasserstoff deutlich länger und mit weniger Verlusten Energie speichern. Derzeit ist Wasserstoff die beste Möglichkeit, um große Mengen an Energie flexibel zu speichern. Dies wird für eine angestrebte Umstellung auf 100 % erneuerbare Energien eine große Rolle spielen. Durch den Einsatz von Brennstoffzellen kann der gespeicherte Wasserstoff sehr flexibel rückverstromt werden.Somit können die entstehenden Stromnetzschwankungen schnell und dynamisch ausgeglichen werden.

In der Grafik ist zu erkennen, wie der Bedarf von Wasserstoff in den Sektoren Transport, Industrie und Wärmesektor global ansteigt. Im Jahr 2050 wird erwartet, dass ca. 23.000 TWh für den Transport benötigt werden. Die größten Abnehmer werden hier der Schwerlaststraßenverkehr, der ÖPNV, der Schienenverkehr, der Flugverkehr und der Schifffahrtssektor sein. Hier ist der Vorteil gegenüber von herkömmlichen Batterien die hohe Energiedichte, das heißt, es kann mehr Energie pro Gewicht gespeichert werden, somit wird die Reichweite von Fahrzeugen erhöht.

Die Industrie wird einen Bedarf von ca. 16.000 TWh haben, hierbei wird die Stahlindustrie und die Herstellung von Power Fuels durch Power-to-X Anlagen, um den heutigen Bedarf an Erd- und Rohöl zu minimieren, eine große Rolle spielen. Die Stahlindustrie kann anstelle der Hochöfen Wasserstoff nutzen, um CO₂-neutral Stahl über Direktreduktionsverfahren herzustellen.

Bei der Benutzung einer Brennstoffzelle entsteht nicht nur Strom sondern auch Wärme, diese kann in Form von Abwärme genutzt werden. Insgesamt werden 5.000 TWh Energie in Zukunft im Wärmesektor benötigt.

Es gibt also viele Möglichkeiten, um die globalen CO₂-Emissionen durch die Einbindung von (grünem) Wasserstoff in die Energiewirtschaft zu verringern. Insbesondere Anlagen im Bereich der Abfallwirtschaft besitzen aus unserer Sicht ein großes Potential regenerativ erzeugten Strom in grünen Wasserstoff umzuwandeln und u.a.:

• entstehende Wärme in bereits bestehende Infrastruktursysteme der Standorte zu integrieren (Eigenversorgung) oder
• entstehende Wärme über Nah- bzw. Fernwärmenetze auszukoppeln,
• Logistiksysteme auf Wasserstoff umzustellen (Eigenversorgung),
• Mittels Insitu-Methanisierung die Methanausbeuten bestehender Anlagen zu erhöhen,
• Durch Nutzung des entstehenden Sauerstoffs interne Stoff- und Energiekreisläufe zu schließen (z.B. Nutzung Sauerstoff für die Belüftung der Abwasserreinigung, Aerobisierung, Entschwefelung, Einbringung in Verbrennungsprozesse).

Wir unterstützen Sie selbstverständlich sowohl bei der Einbindung von Elektrolyseuren (inkl. erforderlicher Peripherie) in Bestandsanlagen als auch bei der Neuerrichtung auf der grünen Wiese. In diesem Zusammenhang unterstützen wir Sie in allen Planungsphasen und Belangen von der ersten Idee über die Genehmigungsplanung bis hin zur Realisierung und Inbetriebnahme.

Abbildung 2: Wasserstoffherstellung und prognostizierte Nachfrage bis 2050

1. Vgl. Neugebauer, Reimund: Wasserstofftechnologien, 1st ed. 2022, Springer Berlin Heidelberg; Springer Vieweg, S.207-211

2. Vgl. Kuhlmann, Andreas: Hydrogen – Enabling the Integrated Energy Transition, 08.10.2021: Hydrogen Online Conference: Deutsche Energie-Agentur (dena)

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