Die Bedeutung der Wasserstofftechnologie für eine nachhaltige Zukunft

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Die Bedeutung der Wasserstofftechnologie für eine nachhaltige Zukunft Bereits im späten 19. Jahrhundert vertrat Jules Verne im erweiterten Sinn die Ansicht, dass Wasserstoff zukünftig eine wichtige Rolle in der Energieversorgung einnehmen würde. Was damals nur Teil eines Romans war, ist etwa 150 Jahre später Realität.

Heutzutage ist die Wasserstofftechnologie in vielerlei Hinsicht in der Industrie angekommen. Und auch in anderen Aspekten des Alltags wird Wasserstoff künftig präsent sein. Auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft ist Wasserstoff sowohl als End- als auch als Sekundärenergieträger von entscheidender Bedeutung.

Wie kann Wasserstoff das Energiesystem der Zukunft beeinflussen?

Wasserstoff besitzt das Potenzial, im künftigen Energiesystem eine wichtige Rolle zu übernehmen. Insbesondere hinsichtlich der Dekarbonisierung sowie des Übergangs zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft steht die Wasserstofftechnologie im Mittelpunkt zahlreicher Überlegungen.

Im Vordergrund der Überlegungen bezüglich der Wasserstofftechnologie steht primär die Energiespeicherung. Fallen bei erneuerbaren Energien wie Solar- oder Windkraft überschüssige Energien an, so lassen sich diese nutzen, um Wasser mithilfe von Elektrolyse in Wasserstoff umzuwandeln. Dieser kann anschließend gespeichert und bei Bedarf zur Stromerzeugung oder als Brennstoff genutzt werden.

Darüber hinaus besitzt Wasserstoff das Potenzial, im Bereich der Dekarbonisierung zur Reduktion von Emissionen beizutragen. Als sauberer Brennstoff bei der Stahlproduktion oder chemischen Verfahren ersetzt er fossile Energiequellen und senkt somit die CO2-Emissionen.

Allerdings sind erneuerbare Energien in den meisten Fällen effizienter. Dies führt dazu, dass Wasserstofftechnologie künftig vorrangig dann zum Einsatz kommt, wenn technische Aspekte den Einsatz erneuerbarer Energien verhindern. Sie wird somit zwar Teil der Energiewende sein, aber nur in spezifischen Gebieten Anwendung finden - unter anderem, wenn es einen Mehrbedarf an Energie infolge der fluktuierenden Stromerzeugung durch Solar und Wind gibt.

Welche Arten von Wasserstoff gibt es?

Wasserstoff kann prinzipiell auf unterschiedlichsten Wegen hergestellt werden. Je nach Art der Herstellung entstehen unterschiedliche Treibhausgase und Schadstoffe. Dies hat zur Folge, dass Wasserstoff je nach Herstellungsart eine Farbe zugeordnet wird, wenngleich es sich um ein farbloses Gas handelt.

Beim grünen Wasserstoff handelt es sich um Wasserstoff, der vollständig mithilfe erneuerbarer Energien produziert wird. Zum Einsatz kommt hierbei die Wasserstoffelektrolyse, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Dabei entstehen hohen Mengen an Abwärme, die künftig ins Wärmenetz eingespeist werden könnte, um den gesamten Prozess noch effizienter zu gestalten.

Wie der Name es bereits vermuten lässt, verbirgt sich hinter dem grauen Wasserstoff eine Wasserstofftechnologie, die wenig nachhaltig ist. Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung von Erdgas erzeugt. Dabei entstehen jedoch nicht unerhebliche Mengen an CO2-Emissionen. Dies führt unweigerlich dazu, dass grauem Wasserstoff keine Perspektive zugeschrieben wird.

Blauer Wasserstoff wird wie der graue Wasserstoff mithilfe von fossilen Energieträgern erzeugt. Allerdings wird das hierbei entstehende CO2 nicht direkt an die Umwelt abgegeben, sondern aufgefangen und unterirdisch gespeichert. Die daraus resultierenden Risiken sorgen dafür, dass auch das Umweltbundesamt den blauen Wasserstoff als nicht zukunftsfähig einstuft.

Inwiefern sich türkiser Wasserstoff künftig für den Einsatz in der Wasserstofftechnologie eignet, muss noch erforscht werden. Türkiser Wasserstoff basiert auf der thermischen Spaltung von Methan. Somit lässt sich festhalten, dass der dabei gewonnene Wasserstoff beinahe ausschließlich fossilen Ursprungs ist. Die sogenannte Methanpyrolyse weist den Vorteil auf, dass entstehendes CO2 in festem Kohlenstoff gebunden wird und somit theoretisch gelagert werden kann. Aufgrund fehlender Forschungsergebnisse ist derzeit noch unklar, ob türkiser Wasserstoff einen Nutzen bei der Energiewende haben wird.

Ähnlich verhält es sich mit dem weißen Wasserstoff, der ein Nebenprodukt unterschiedliche chemischer Prozesse ist. Je nach Verfahren sind die Risiken diffizil zu betrachten. Gänzlich ausgeschlossen von zukünftigen Plänen bezüglich der Wasserstofftechnologie ist der pinke Wasserstoff. Dieser wird mithilfe von Strom aus der Kernenergie erzeugt und wird seitens des Umweltamtes nicht als Bestandteil einer nachhaltigen Zukunft gesehen.

Wasserstoff in der Industrie - Stahl- und Chemieindustrie im Fokus

Erneuerbare Energien sind vor allem in der Industrie gefragt. Etwa 50 Prozent aller weltweiten Treibhausgase entstehen durch Industrie sowie der damit verbundenen Logistik und Kraftwerke. Obwohl es eine große Hürde ist, ist es theoretisch möglich, dass die erneuerbaren Energien sämtliche Treibhausgasemissionen der industriellen Produktion künftig verhindern. Allerdings müssen hierfür vielfältige Grundlagen geschaffen werden. So reicht es nicht aus, allein die Industrieprozesse zu revolutionieren. Auch alle damit verbundenen Vorgänge wie Logistik und Gebäudewirtschaft bedürfen einer entsprechenden Anpassung, um sich gänzlich von Treibhausgasen zu lösen.

Laut dem Umweltbundesamt müssen vielfältige erneuerbare Energien zum Einsatz kommen, je nach Effektivität im jeweiligen Anwendungsbereich. Die Wasserstofftechnologie hat vor allem in der Stahl- und Chemieindustrie großes Potenzial. Aktuell ist ein vollständiger Umstieg in Ermangelung der technischen Mittel noch nicht möglich, doch können perspektivisch sämtliche CO2-Emissionen im Bereich der Eisen- und Stahlproduktion durch nachhaltige Lösungen wie Wasserstoff ersetzt werden.

Einfluss von Wasserstoff auf den Verkehr der Zukunft

Wenngleich die Wasserstofftechnologie in vielen Branchen und Industriezweigen Einzug halten wird, wird sie nur bedingt den Verkehr der Zukunft beeinflussen. Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, Wasserstoff als alternativen Kraftstoff zu nutzen, doch hinkt die Technologie in puncto Effizienz hinterher. Andere Varianten sind zumindest im öffentlichen Verkehr deutlich besser geeignet.

Dennoch gibt es vielversprechende Ansätze, wie der Wasserstoff als Antrieb für Fahrzeuge genutzt werden kann. Konkret handelt es sich dabei um spezifische Bereiche, die ein komplexes Anforderungsprofil aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise der See- und Flugverkehr, sofern diese besondere Reichweitenanforderungen aufweisen. In etwaigen Fällen kann der Einsatz von Wasserstofftechnologie sinnvoll und nachhaltig sein. Dies kann sich mitunter darin äußern, dass Wasserstoff nicht direkt als Energie, sondern zur Erzeugung von Kohlenwasserstoff oder Ammoniak genutzt wird, welche final als Energiequelle dienen.

Kaum Potenzial bei der Wärmeversorgung

Eine der größten Baustellen der heutigen Zeit ist die Wärmeversorgung des Gebäudebestandes. So muss jedes Gebäude mit Energie gespeist werden, um Räumlichkeiten zu wärmen oder zu kühlen. Problematisch sind hierbei insbesondere die unterschiedlichen Energiequellen, die überwiegend nicht als nachhaltig zu bezeichnen sind. Auf der Suche nach alternativen und energieeffizienten Quellen haben sich in erster Linie Solar- und Geothermie, aber auch die Umweltwärme hervorgetan.

Die Wasserstofftechnologie wird in diesem Sektor in Zukunft - wenn überhaupt - nur eine kleine Rolle spielen. Hauptgrund hier sind die bereits genannten Energiequellen in Form von Geo- und Solarthermie. Diese sind bereits jetzt deutlich kostengünstiger und zudem energieeffizienter als der Einsatz von Wasserstoff. Gelingt der Umstieg auf Geo- und Solarthermie flächendeckend nicht, wird Wasserstoff als Notlösung herhalten können. Allerdings wird dies unmittelbar ein Faktor dafür sein, dass die Ziele bezüglich der Energieeffizienzstrategie, die bis zum Jahr 2050 festgelegt wurde, höchstwahrscheinlich nicht erreicht werden können.