Stand: März 2023
Inhalt
- Was ist Wasserstoff?
- Wie wird Wasserstoff gewonnen?
- Welche Potenziale hat Wasserstoff für die Energiewende?
- Welche Einsatzfelder gibt es für Wasserstoff?
- Was steht dem Hochlauf von Wasserstoff noch im Wege? Stimmen die Rahmenbedingungen für die Produktion von Wasserstoff?
- Kann grüner Wasserstoff heute oder in absehbarer Zeit überhaupt schon in ausreichenden Mengen bereitgestellt werden?
- Braucht es mehr Zusammenarbeit auf EU-Ebene?
- Gasanbieter wollen ihr Netz schrittweise für Wasserstoff ertüchtigen. Kann dies funktionieren? Braucht es eigene Wasserstoffnetze?
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist das häufigste chemische Element auf der Erde. In unserem Sonnensystem besteht 75 Prozent der gesamten Masse aus Wasserstoff, im gesamten Weltall wird sogar ein noch höherer Anteil vermutet. Auf der Erde ist Wasserstoff praktisch nicht in freier Form vorhanden.
Wasserstoff kann Energie speichern und wieder freigeben, ohne dabei CO2 auszustoßen. Insbesondere wenn Wasserstoff aus erneuerbarem Strom produziert wird, werden so klimaschädliche Emissionen vermieden. Das macht Wasserstoff zu einem der Hoffnungsträger für die Energiewende. Er kann vielseitig zur klimafreundlichen Wärme- und Stromproduktion in der Industrie und in Haushalten sowie für umweltfreundliche Mobilität genutzt werden. Zudem macht er es möglich, regenerativ erzeugte Energie in bedeutenden Mengen zu speichern. Gemeinsam mit Biomethan, das aus Biomasse erzeugt wird, zählt der BDEW Wasserstoff zu den sogenannten klimaneutralen Gasen.
Chemisch enthält eine Tonne Wasserstoff eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden. Das entspricht dem durchschnittlichen Strom-Energieverbrauch von 11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus.
Wie wird Wasserstoff gewonnen?
Für die Produktion von Wasserstoff existieren mehrere Verfahren. Grüner Wasserstoff entsteht durch die Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen, zum Beispiel Wind oder Photovoltaik. In einem Elektrolyseur wird Wasser (H2O) durch Anlegen einer elektrischen Spannung in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) aufgespalten. Dabei bilden die Protonen an der Kathode (Minuspol) Wasserstoffmoleküle, die aufsteigen und aufgefangen werden. Sogenannter blauer oder türkiser Wasserstoff wird aus Erdgas (CH4) gewonnen. Hierfür kommen mehrere Verfahren infrage, zum Beispiel die Dampfreformierung oder die Pyrolyse. Bei der Dampfreformierung wird mithilfe von Wasserdampf der im Erdgas enthaltene Wasserstoff vom Kohlenstoff getrennt und so reiner Wasserstoff gewonnen. Das bei der Dampfreformierung anfallende Kohlenstoffmonoxid wird zu Kohlenstoffdioxid (CO2) überführt. Bei der Methanpyrolyse wird Erdgas in einem Hochtemperaturreaktor in seine Bestandteile Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H2) zerlegt. Kohlenstoffdioxid (CO2) bzw. der Kohlenstoff können in tiefliegenden geologischen Strukturen eingelagert oder zum Beispiel in industriellen Prozessen genutzt werden. Dadurch wird eine Freisetzung in der Atmosphäre vermieden. Solcher dekarbonisierter Wasserstoff bietet die Möglichkeit, erneuerbaren Wasserstoff gerade in der Phase des Markthochlaufs zu unterstützen und schnell größere Mengen verfügbar zu machen, die für eine Umstellung der Infrastruktur und von Anwendungstechnologien, insbesondere in der Industrie, notwendig sind.
Welche Potenziale hat Wasserstoff für die Energiewende?
Aus Sicht des BDEW ist Wasserstoff ein zentraler Baustein für das Erreichen der Klimaziele. Das liegt nicht nur daran, dass er über alle Sektoren hinweg vielseitig einsetzbar ist. Ein weiterer großer Pluspunkt ist, dass er Strom über lange Zeiträume hinweg ohne Verluste speichern kann. So könnte Wassersstoff künftig als Speicher für Strom aus volatilen Erneuerbaren Energien dienen. Zudem können das bestehende rund 500.000 Kilometer lange Gasnetz sowie Erdgasspeicher zu großen Teilen auch für Wasserstoff genutzt werden. Damit ist eine wichtige Rahmenbedingung für den vielfältigen Einsatz und die bundesweite Verteilung bereits gegeben. Bereits heute ist es technisch möglich, bis zu zehn Prozent Wasserstoff dem Gasnetz beizumischen. Zukünftig kann die Gasinfrastruktur auf noch größere Mengen ertüchtigt werden.
Welche Einsatzfelder gibt es für Wasserstoff?
Einer der Vorteile von Wasserstoff ist, dass er sehr vielseitig einsetzbar ist. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die Industrie. Der Einsatz von erneuerbarem und dekarbonisiertem Wasserstoff kann einen großen Beitrag zur Senkung der Treibhausgasemissionen von industriellen Prozessen leisten. Aber auch für den Wärmesektor birgt Wasserstoff großes Potenzial. So könnten Erdgasheizung schon heute anteilig mit Wasserstoff betreiben werden. Im Verkehrssektor könnte Wasserstoff beispielsweise im Schwerlastverkehr, in Bussen, im Flugverkehr oder auch im Schienenverkehr zum Einsatz kommen. Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft ist damit eine Chance für alle Sektoren, um Treibhausgasemissionen zu senken. Ein weiterer Vorteil von Wasserstoff: Er kann künftig auch als Speicher für Strom aus volatilen Erneuerbaren Energien dienen.
Details zu den verschiedenen Anwendungsfeldern von Wasserstoff finden Sie auch auf der Kampagnen-Website „Energietalent Wasserstoff“.
Was steht dem Hochlauf von Wasserstoff noch im Wege? Stimmen die Rahmenbedingungen für die Produktion von Wasserstoff?
Eine zentrale Voraussetzung, damit grüner Wasserstoff in umfangreichem Maß hergestellt werden kann, ist ein konsequenter Ausbau Erneuerbarer Energien. Hemmnisse beim Erneuerbaren-Zubau hemmen automatisch auch die Erschließung der Potenziale von Wasserstoff. Sie müssen dringend behoben werden. Sonst wird es immer schwieriger, die Potenziale klimaneutraler Gase und der damit verbundenen Technologien, Geschäftsmodelle und Märkte wirksam zu erschließen.
Die Politik konzentriert sich aus Sicht des BDEW zudem zu stark auf die Anwendung in der Industrie. Nur ein möglichst breiter Ansatz garantiert einen umfassenden Markthochlauf, stetig wachsende Beiträge zum Erreichen der Klimaschutzziele sowie die Zukunftsfähigkeit der Gasinfrastruktur. Der Wärmebereich muss daher endlich vollumfänglich als Anwendungsfeld für Wasserstoff anerkannt werden.
Der BDEW begrüßt, dass im Rahmen der Novellierung des Energiewirtschaftsgesetzes erste Rahmenbedingungen für den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur und die Umwidmung von Erdgasnetzen zu Wasserstoffnetzen geschaffen wurden. Allerdings sollten beide Infrastrukturen gemeinsam betrachtet werden, um eine Transformation der werthaltigen Gasinfrastruktur voranzutreiben und keine parallelen Netze aufzubauen.
Wichtig ist es daher, den Regulierungsrahmen auch hinsichtlich der Ermöglichung von Beimischung anzupassen, um insbesondere die weitere Nutzung der Verteilnetze zu ermöglichen. Um die notwendigen technischen Voraussetzungen bei den Verbrauchsanlagen zu schaffen, sollte ein H₂-Ready-Standard für neue Gasanwendungen eingeführt werden.
Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft kann zudem nur als europäisches Projekt gelingen. Es gilt daher, schon heute Importpotenziale zu erschließen und gemeinsam Regeln und Standards für einen wettbewerblichen europäischen Wasserstoffmarkt festzulegen.
Kann grüner Wasserstoff heute oder in absehbarer Zeit überhaupt schon in ausreichenden Mengen bereitgestellt werden?
Zunächst ist klar: Auch für die Wasserstoffproduktion braucht es den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien. Die benötigten Mengen Wasserstoff werden nicht allein in Deutschland produziert werden können. Importe von erneuerbaren und dekarbonisierten Gasen werden eine entscheidende Rolle spielen, um in Ergänzung zur inländischen Produktion die notwendigen Mengen zur Deckung des Bedarfs bereitzustellen. Insbesondere in der Phase des Markthochlaufs kann auch die Nutzung des sogenannten blauen und türkisen Wasserstoffs, also aus Erdgas mit Speicherung oder Nutzung des CO2 beziehungsweise des Kohlenstoffs, gewährleisten, dass ausreichende Mengen an Wasserstoff verfügbar sind, um Anwendungen umzustellen und die Transformation der Infrastruktur einzuleiten.
Braucht es mehr Zusammenarbeit auf EU-Ebene?
Kein EU-Staat kann die Herausforderungen, die mit dem Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft verbunden sind, allein bewältigen. Eine enge und frühzeitige Zusammenarbeit innerhalb der EU ist daher enorm wichtig. Um international konkurrenzfähig zu sein, muss Wasserstoff zu einem europäischen Projekt werden. Hier geht zum einen darum, gemeinsam Importpotenziale erschließen zu können, zum anderen aber auch darum, die Regeln und Standards für einen wettbewerblichen Wasserstoffmarkt festzulegen.
Gasanbieter wollen ihr Netz schrittweise für Wasserstoff ertüchtigen. Kann dies funktionieren? Braucht es eigene Wasserstoffnetze?
Wir haben eine vorhandene Gasinfrastruktur mit einem Netz von rund 500.000 Kilometern Länge. Diese Infrastruktur ist die Basis für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft über Sektoren und Ländergrenzen hinweg. Insbesondere den Verteilernetzen kommt hier eine hohe Bedeutung zu. Nun gilt es, Netze Speicher und Endgeräte zu ertüchtigen und wasserstoffkompatibel zu machen. Schon heute ist es technisch möglich, dem Gasnetz flächendeckend zehn Prozent Wasserstoff beizumischen. In Pilotprojekten werden schon Anteile von bis zu 30 Prozent erreicht. Zudem sollte der Regulierungsrahmen zeitnahangepasst werden. Der BDEW plädiert dafür, den bewährten Regulierungsrahmen für das Gasnetz zu nutzen und Wasserstoffnetze dort zu integrieren. Zusätzlich zu den Gasnetzen werden auch reine Wasserstoff-Netze notwendig sein, zum Beispiel für die Industrie.
Der Weg des Wasserstoffs von der Erzeugung bis hin zu den verschiedenen Anwendungsbereichen und an welchen Stellen die Hebel angesetzt werden müssen, um den Hochlauf einer erfolgreichen Wasserstoffwirtschaft voranzutreiben, wird in diesem animierten Schaubild beschrieben:
