Wasserstoff gilt als einer der vielversprechendsten Kandidaten für die Energiewende und eine nachhaltige Zukunft. Als das einfachste und häufigste Element im Universum bietet Wasserstoff ein enormes Potenzial, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und den Übergang zu saubereren Energiequellen zu beschleunigen. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Methoden der Wasserstoffgewinnung sowie seine vielfältigen Einsatzbereiche.

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff (H) ist mit einem Masseanteil von rund 70 % das am häufigsten im Universum vorkommende chemische Element. Es besteht aus einem Proton und einem Elektron und kommt in der Natur überwiegend in gebundener Form vor, etwa in Wasser (H₂O) und in organischen Verbindungen. Reiner Wasserstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, das bei Standardbedingungen sehr reaktiv und leicht entzündlich ist. Seine hohe Energiedichte pro Masseeinheit macht es besonders attraktiv für verschiedene Energieanwendungen. Wasserstoff ist jedoch kein Primärenergieträger wie Erdöl oder Kohle, sondern ein Sekundärenergieträger, was bedeutet, dass er aus Primärquellen gewonnen werden muss.

Gewinnung von Wasserstoff

Wasserstoff kann auf verschiedene Weise gewonnen werden, die sich hinsichtlich der eingesetzten Ressourcen, der Effizienz und der Umweltfreundlichkeit unterscheiden. Je nach verwendeter Methode wird von Wasserstoff einer bestimmten Farbe gesprochen:

Grauer Wasserstoff: Dampfreformierung

Die Dampfreformierung ist die derzeit am häufigsten genutzte Methode zur Wasserstoffproduktion. Dabei wird Methan (CH₄), meist aus fossilem Erdgas, mit Wasserdampf unter hohem Druck und hoher Temperatur in Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgewandelt. Das Kohlenmonoxid wird anschließend in einem weiteren Schritt zu Kohlendioxid und zusätzlichem Wasserstoff umgesetzt. Obwohl diese Methode kostengünstig und effizient ist, ist sie nicht CO₂-neutral. Pro Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO₂. Es ist möglich, zumindest einen Großteil des CO₂ im Erdboden zu speichern und auf diese Weise die Abgabe in die Atmosphäre zu unterbinden. In diesem Fall ist von blauem Wasserstoff die Rede.

Grüner Wasserstoff: Elektrolyse

Die Elektrolyse von Wasser ist eine umweltfreundliche und CO₂-neutrale Methode zur Wasserstoffgewinnung, sofern der dafür benötigte Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie zum Beispiel Solarenergie stammt. Dann spricht man von grünem Wasserstoff. Wird der Strom stattdessen aus Kernenergie erzeugt, handelt es sich um pinken Wasserstoff. Bei der Elektrolyse wird Wasser durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dieses Verfahren ist besonders attraktiv, wenn überschüssige erneuerbare Energie genutzt werden kann, um Wasserstoff zu produzieren, der später bei Bedarf als Energiespeicher dient. Die Gewinnung von grünem Sauerstoff wird derzeit politisch gefördert und soll einen Eckpfeiler für eine ökologischere Energieversorgung im Kampf gegen den Klimawandel darstellen.

Oranger Wasserstoff: Verwertung von Abfall

Oranger Wasserstoff wird aus Abfall- und Reststoffen produziert und gilt als klimafreundlich. Dieser Prozess ermöglicht die nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff, indem er organische Abfälle, die andernfalls entsorgt würden, in nutzbare Energie umwandelt. Typische Verfahren zur Gewinnung von orangem Wasserstoff umfassen die Biomasse-Gasifizierung und die Vergärung von organischen Abfällen. Sie tragen nicht nur zur Abfallreduzierung bei, sondern auch zur nachhaltigen Energieproduktion, ohne zusätzliche CO₂-Emissionen zu verursachen.

Um Wasserstoff besser speichern und transportieren zu können, wird er häufig verdichtet. Nach der Gewinnung kommen deshalb oftmals spezielle Kompressoren zum Einsatz, die den Wasserstoff komprimieren und in dafür vorgesehene Drucktanks oder Druckgasflaschen befördern. So kann das Volumen von Wasserstoff erheblich verkleinert werden.

Grundsätzlich wird viel Energie für die Gewinnung von Wasserstoff benötigt, weshalb abgewogen werden muss, ob es sich lohnt, diese in die Wasserstoffgewinnung zu investieren. Mitunter kann es wirtschaftlicher und ökologischer sein, die Energie ohne diesen Umweg zu nutzen. Dennoch bietet Wasserstoff große Potenziale für die Energiewende.

Einsatzbereiche von Wasserstoff

Wasserstoff findet in zahlreichen Bereichen Anwendung, die von der Energieversorgung bis zur industriellen Produktion reichen. Die wichtigsten Einsatzbereiche sind:

Energieerzeugung und -speicherung

Wasserstoff kann in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden. Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie von Wasserstoff direkt in elektrische Energie um, wobei lediglich Wasser als Nebenprodukt entsteht. Diese Technologie ist besonders für den Einsatz in tragbaren Geräten, Fahrzeugen und stationären Stromversorgungssystemen geeignet.

Darüber hinaus kann Wasserstoff als Energiespeicher dienen. Er ermöglicht die Speicherung von überschüssiger Energie aus erneuerbaren Quellen, die zu Zeiten hoher Erzeugung, aber geringer Nachfrage anfällt. Der komprimierte und gespeicherte Wasserstoff kann bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt werden, was zur Stabilisierung des Stromnetzes beiträgt.

Mobilität

In den letzten Jahren gewann Wasserstoff in der Automobilbranche immer mehr an Popularität. Wasserstoff hat zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen fossilen Brennstoffen und Batterien. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge, wie Brennstoffzellenautos, haben eine größere Reichweite und eine kürzere Betankungszeit im Vergleich zu batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen. Zudem emittieren sie keine Schadstoffe, sondern lediglich Wasser. Bisher konnten sich Brennstoffzellenautos jedoch nicht durchsetzen. Dies mag zum Teil auch an der bisher nicht ausreichend ausgebauten Infrastruktur liegen. Derzeit sind nur rund 90 Wasserstofftankstellen in Deutschland eröffnet. In ganz Europa gibt es weniger als 300 Wasserstofftankstellen.

Industrie

Wasserstoff spielt eine wichtige Rolle in der Industrie, da er beispielsweise Erdgas ersetzen kann. Er wird unter anderem bei der Herstellung von Ammoniak für Düngemittel und bei der Raffination von Erdöl genutzt. Er wird auch in der Metallverarbeitung eingesetzt, etwa zur Reduktion von Eisenerz in der Stahlproduktion. Ein weiteres Anwendungsgebiet für Wasserstoff ist die Glasschmelze. Der Einsatz von grünem Wasserstoff in all diesen und weiteren Prozessen kann dazu beitragen, die CO₂-Emissionen der Industrie erheblich zu senken.

Heizung und Wärmeversorgung

In der Wärmeversorgung kann Wasserstoff als Brennstoff für Heizungen und zur Bereitstellung von Prozesswärme in der Industrie verwendet werden. Wasserstoffheizungen und -kessel könnten in Zukunft fossile Brennstoffe ersetzen und so zur Dekarbonisierung des Wärmesektors beitragen.

Fazit

Wasserstoff ist ein vielseitiger Energieträger mit großem Potenzial für eine nachhaltige Energiezukunft. Seine Gewinnung aus erneuerbaren Quellen und seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten machen ihn zu einer Schlüsseltechnologie für die Reduktion von Treibhausgasemissionen und die Förderung einer umweltfreundlichen Energieversorgung. Trotz der Herausforderungen bei der Infrastruktur und den Kosten zeigt die Entwicklung hin zu einer Wasserstoffwirtschaft vielversprechende Fortschritte.