Warum Wasserstoff kein Allheilmittel ist

Er wird oft als Ausweg aus der Klimakrise beschrieben, ist die Hoffnung fast aller Industriezweige und wird wegen seines hohen Energiebedarfs trotzdem kritisch gesehen: Wasserstoff ist das leichteste und häufigste Element im gesamten Universum, wird im Klimakontext aber zum Gegenstand einer komplexen Auseinandersetzung. Grund genug, uns in diesem Text einmal genauer damit zu befassen.

Welche Arten von Wasserstoff gibt es?

Grüner Wasserstoff entsteht, wenn Wasser in einem Elektrolysator in seine Bestandteile, also Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten wird. Um die chemische Reaktion in Gang zu setzen, wird Strom benötigt, der für die Klassifizierung als grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen stammen muss. Entstehen dann auch beim Transport des Wasserstoffs keine Emissionen, ist dieses Verfahren klimaneutral.Wird bei der Elektrolyse hingegen Strom aus fossilen Energieträgern eingesetzt, handelt es sich um grauen Wasserstoff. Grauer Wasserstoff kann aber auch durch die sogenannte Dampfreformierung erzeugt werden, bei der Wasserstoff von Erdgas abgespalten wird. Dabei entsteht als Abfallprodukt unter anderem CO₂, auch dieses Verfahren ist also nicht besonders klimafreundlich.Wird das CO₂, das bei der Dampfreformierung freigesetzt wird, aber aufgefangen, bevor es in die Atmosphäre gelangt, ist von blauem Wasserstoff die Rede. Mithilfe der CCS-Technik (Carbon Capture and Storage) wird das abgeschiedene CO₂ dann unter der Erde verpresst. Diese Technik kann aber bisher nur kleine Mengen an Treibhausgas verarbeiten und ist obendrein noch stark umstritten, weil unklar ist, ob das CO₂ überhaupt dauerhaft eingeschlossen werden kann, und sie schlecht erforschte ökologische Risiken mit sich bringt.Eine weitere Alternative stellt türkiser Wasserstoff dar, der mittels Pyrolyse aus Erdgas hergestellt wird. Dabei entsteht kein CO₂, sondern fester Kohlenstoff, der in manchen Industriebranchen ohnehin benötigt wird. Das Verfahren benötigt weniger Energie als die Elektrolyse, allerdings müsste die Wärme, die für den Prozess erforderlich ist, natürlich auch erneuerbar sein. Außerdem ist dieses Verfahren noch lange nicht praxistauglich.

Wie kann Wasserstoff verwendet werden?

Zum einen kann Wasserstoff einfach verbrannt werden, auf diese Weise wird er zum Beispiel bereits seit den 1950er Jahren als Raketentreibstoff verwendet. Aber auch in Heizungen, Verbrennungsmotoren oder Kraftwerken kann Wasserstoff auf diese Weise eingesetzt werden. Und schon heute können geringe Mengen Wasserstoff ganz normalem Erdgas oder Kerosin beigemischt werden, um die Klimabilanz von Heizungen und Flugzeugen zumindest um ein paar Prozent zu verbessern.Alternativ kann er aber auch in einer Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Grob gesagt wird dort der Prozess aus der Elektrolyse einfach umgedreht: Aus Wasserstoff und Sauerstoff wird wieder Wasser, gleichzeitig fließt aber auch Strom, der dann für verschiedenste Zwecke eingesetzt werden kann, zum Beispiel in den Elektromotoren von Wasserstoffautos.Eine dritte Möglichkeit ist die Nutzung zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Dabei wird im Labor aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid ein herkömmlicher Kraftstoff erzeugt (z.B. Benzin oder Kerosin), der dann in ganz normalen Verbrennungsmotoren verbrannt werden kann. Wird dafür CO₂ aus der Atmosphäre entnommen und werden sowohl für die Herstellung als auch den Transport des Kraftstoffs nur erneuerbare Energien verwendet, gelangt durch diesen Prozess in Summe kein zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre.Abgesehen davon wird Wasserstoff in der Industrie schon heute für verschiedene Zwecke benötigt, zum Beispiel als Schutzgas oder zur Entschwefelung in Raffinerien. Dafür wird bisher aber fast ausschließlich grauer Wasserstoff verwendet.

Wo ist der Haken?

Wie oben erwähnt, ist Wasserstoff immer nur so klimafreundlich wie der Strom, mit dem er produziert wird. Die Menge an Strom, die für seine Herstellung benötigt wird, ist aber immens. Der Verband der chemischen Industrie VCI beziffert den Strombedarf für die komplette Umstellung der chemischen Industrie auf Wasserstoff beispielsweise auf 682 Terawattstunden pro Jahr, das ist mehr als der gesamte deutsche Stromverbrauch und fast das Dreifache der 251 TWh Strom, die 2020 aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden konnten.Genauso sieht es im Verkehrsbereich aus: Selbst der Umstieg auf Elektroautos bedeutet schon einen zusätzlichen Strombedarf von 200 TWh pro Jahr, bei der Brennstoffzelle steigt die Menge dann aber noch weiter. Während ein batteriebetriebenes Elektroauto im Fahrbetrieb nämlich einen Wirkungsgrad von über 75% hat, liegt der bei Autos mit Brennstoffzelle nur noch bei ca. 25-30%. Folgerichtig wird etwa die zweieinhalb- bis dreifache Menge an Strom benötigt, um die selbe Strecke zu fahren. Noch schlimmer sieht es bei den synthetischen Kraftstoffen mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 13% aus, die einen um 1000 TWh gestiegenen Strombedarf bedeuten würden. Für die Umstellung der deutschen Flugfahrtbranche auf synthetisches Kerosin kommen dann noch einmal 270 TWh obendrauf.Und auch Heizungen mit Wasserstoff zu betreiben, ist vergleichsweise ineffizient: Pro kWh erneuerbarem Strom können hier 0,6 kWh Erdgas ersetzt werden, mit einer Wärmepumpe dagegen ganze 3,3 kWh, also mehr als das Fünffache.Die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung sieht aktuell vor, den benötigten grünen Wasserstoff, der nicht in Deutschland selbst hergestellt werden kann, einfach aus anderen Ländern zu importieren. Ein solcher Import aus Ländern, die erneuerbare Energien im Überfluss herstellen können, kann zwar durchaus sinnvoll sein, dafür müssen aber bestimmte Bedingungen erfüllt sein: Erstens darf der Export von Wasserstoff nicht zu Lasten der eigenen Bevölkerung gehen, das heißt, sie muss selbst bereits ausreichend mit Strom versorgt sein und auch das benötigte Wasser und die verwendeten Flächen und Ressourcen dürfen nicht zu einer Knappheit wichtiger Güter führen. Zweitens muss das Land sich selbst mit 100% erneuerbaren Energien versorgen können, denn wenn der Export von erneuerbarem Strom in Form von Wasserstoff zum Neubau oder Weiterbetrieb von fossilen Kraftwerken im Exportland führt, ist durch die Verwendung von Wasserstoff in Deutschland nichts gewonnen. Und drittens müssen Menschenrechtsverletzungen bei der Herstellung des Wasserstoffs natürlich ausgeschlossen werden können.

Wo kann Wasserstoff sinnvoll eingesetzt werden?

Im Endeffekt überall da, wo es keine sinnvolle Alternative gibt. Das gilt vor allem für die Luft- und Schiffsfracht und in der Herstellung von Stahl und chemischen Grundstoffen. Auch in Fernwärmenetzen oder auf Bahnstrecken ohne Oberleitung kann Wasserstoff nützlich sein.Allerdings sollte die Einführung von Wasserstoff auch in diesen Bereichen immer mit zusätzlichen Maßnahmen einhergehen, um die benötigte Menge so klein wie möglich zu halten. Der BUND schätzt zum Beispiel, dass die Chemieindustrie ihren Strombedarf zur Umstellung auf Wasserstoff durch entsprechende Einsparungsmaßnahmen von den vorhin genannten 682 TWh auf etwa 100-150 TWh reduzieren kann.Außerdem kann Wasserstoff zur Speicherung von überschüssigem Strom und damit zur Stabilisierung eines 100% erneuerbaren Stromnetzes eingesetzt werden. Auch da spielt die geringe Effizienz des Verfahrens aber eine Rolle, denn bei Herstellung, Transport und Nutzung des Wasserstoffs gehen jeweils Anteile des wertvollen Ökostroms verloren. Alternativen zur Wasserstoffspeicherung wären Batterie- und Pumpspeicher, auch die haben aber ihre Nachteile. Am Ende muss hier also zwischen verschiedenen Speichermöglichkeiten abgewogen werden, um für unterschiedliche Einsatzzwecke die jeweils beste Lösung zu finden.

Dieser Text basiert auf einem Beitrag aus dem wöchentlichen „Klimareport“ von FFF Ingolstadt. Wenn er euch gefallen hat, könnt ihr uns auf TelegramWhatsApp oder per Mail an ingolstadt@fridaysforfuture.de abonnieren.

8 Kommentare zu „Warum Wasserstoff kein Allheilmittel ist

  1. Nein, der Text gefällt mir leider gar nicht! Er ist viel zu „deutsch“!

    Überall fehlen Leute mit Visionen, für die es sich zu kämpfen lohnt! Stattdessen wird alles zerredet! An der tollen Pandemiebekämpfung in Deutschland kann man wunderbar ablesen, wo wir stehen! Ein Armutszeugnis ist das! Wäre Helmut Schmidt 1962 so drauf gewesen, wären in Hamburg viele 1000 Menschen ertrunken!

    Wir brauchen eine echte Aufbruchstimmung, die begeistert! Die Menschen müssen spüren: Ja, eine schöne, saubere Zukunft ist machbar! Wir sind alle Teil einer großen, weltweiten Bewegung, die es möglich machen wird und wissen: Technologisch kriegen wir das hin! Alles wird gut!

    Für mich steht außer Frage: Ein echter, grüner H2-Kreislauf (Elektrolyse & Brennstoffzelle) ist exakt das, was die Welt braucht! Würde man doch einfach sagen: „Ja, genau das wollen wir, das ist unsere Vision von einem ECHTEN, völlig sauberen Kreislauf! Lasst uns fleißig daran arbeiten, dass er schnellstens Realität wird!“. Würden doch eine Reihe kluger Köpfe für forcierte Forschung daran bezahlt! Würde man doch in der Staatengemeinschaft eroieren, wer welchen Beitrag leisten kann, und sei es „nur“, die Kraft der Sonne zur Elektrolyse zu nutzen! Wir könnten einer richtig guten Zukunft entgegen sehen, uns darauf freuen und ein echtes Wir-Gefühl der Menschheit erzeugen!

    Aber „Just find ways to make it possible and then simply DO IT!“ ist hier einfach keine Option! Stattdessen wird munter aufgezählt, was alles NICHT geht! Als wäre das nicht schlimm genug, setzen reiche Länder eigenmächtig auf Unmengen schädlicher Batterien, auch noch mit Massen von Ladestationen, natürlich nicht per Induktion, sondern per Kabel, mit verschiedenen Herstellersystemen.

    Es geht mal wieder nur um die Frage, wie ein kleiner Teil der Menschheit ordentlich verdienen kann und keineswegs darum, was möglichst viele Menschen glücklich machen würde, schon gar nicht in deutlich benachteiligten Ländern!

    Wann hört das endlich auf? Wann endlich wird definiert, was man anstrebt, weil es gut für die Menschen ist? Wann endlich haben sich wirtschaftliche Aktivitäten danach zu richten?

    Eine wirklich gute Zukunft ist so nicht zu gestalten. Aber man darf ja auch nicht zuviel erwarten, in einer Welt, in der man sogar mit Trinkwasser Kohle machen und bitterarme Menschen ausbeuten darf …

    1. In der 33000 km² großen Ungavabay gibt es einen Tidenhub von 15 m.Wenn die gesamte Oberfläche mit schwimmenden Inseln mit 100 m Tiefgang besetzt wäre , die an vertikalen Zahnstangen hoch und runter gleiten könnte über Zahnräder , Getriebe und Generatoren Strom erzeugt werden . 33000 km²=33 Milliarden m² – bei 7 Milliarden Menschen kämen auf jeden Menschen knapp 5 m² – bei 100 m Tiefgang also 500 m³ oder t , die täglich zweimal 15 m angehoben werden – das sind pro Mensch ca 15000 Kwh !Es gibt noch die Fundybay

  2. Die grüne Wasserstofftechnologie ist somit nur für spezielle Anwendungen geignet und kann dafür nur begrenzt zur Verfügung gestellt werden. Aber viele Verbrennergläubige nutzen diese Technologie gerne als Ausrede. Da sie wissen, es dauert noch lange bis die Technik verfügbar ist, verbreiten sie gerne die Mär vom Wasserstoff als Energie der Zukunft für das Auto. Nur um möglichst lange ihre Verbrenner weiterzufahren. Nun wird klar, so funktioniert es aber nicht und dieses Kartenhaus fällt in sich zusammen. Die Zukunft des Individualverkehrs ist somit nur mit möglichst wenigen, kleinen Fahrzeugen mit wenig Material und Energieeinsatz und Elektroenergieverbrauch möglich. Wir brauchen nicht nur hier eine komplette Transformation der Wirtschaft und unseres Lebens. Ich glaube, selbst uns ist noch nicht bewusst welche Umbrüche unbedingt erforderlich sind, um einen spürbaren Erfolg in der Klimakrise zu erreichen. Und was viele nicht hören wollen, es wird nicht ohne Verbote gehen. So wie eben bei drei Neonikotinoiden geschehen 🙂 Das EuGH hat sie endlich verboten. Natürlich spart auch das Energie in der chemischen Industrie.

  3. „Da sie wissen, es dauert noch lange bis die Technik verfügbar ist, …“

    Genau das ist der Skandal! Menschen konnten schon vor über 50 Jahren innerhalb weniger Jahre die bemannte Mondfahrt möglich machen. Warum? Weil es einen sehr, sehr starken Antrieb gab: Auf die Frage an einen prominenten amerikanischen Treiber des Projekts, was er eigentlich auf dem Mond sucht, antwortete dieser: „Die Russen!“.

    Schon machten sich Hundertausende begeistert und mit irre viel Geld ausgestattet ans Werk, denn man musste um jeden Preis dem ideologischen Feind zuvorkommen!

    Ist das nicht traurig? Und ist es nicht noch viel trauriger, dass einer der größten Feinde der gesamten Menschheit, Tierwelt und Pflanzenwelt, nämlich die Aufheizung der Erde, nicht mindestens ebenbürtigen Elan entfacht?

    Mir wird niemand einreden, dass man nicht in ganz kurzer Zeit einen sauberen Wasserstoffkreislauf hinbekommt, wenn man wirklich will. Elektrolyse & Brennstoffzellen, NUR davon spreche ich, weil soetwas wie H2-Karbonisierung Unfug ist! Genau wie die massive Belastung von Menschen und Umwelt durch Massen schwerer Autobatterien, samt Ladestationen-Blödsinn. Viele sonnendurchflutete, arme Länder könnten am H2-Kreislauf partipizieren statt ausgebeutet zu werden. Das wäre nachhaltig sozial und umweltfreundlich.

    Aber man befasst sich offenbar lieber mit One-Way-Tickets zum Mars oder faselt von einem Weltraumbahnhof in Deutschland oder baut ‚Stuttgart 21‘. Ich muss das nicht verstehen …

  4. Ich finde genau richtig alle wichtigen Aspekte sachlich und verständlich zusammen gefasst, ohne etwas auszulassen. So muss ein Info-Text sein! Ich verstehe die Kritik, von zu wenig Enthusiasmus, finde es aber nicht, dass der an dieser Stelle das richtige wäre. Wer keine oder wenig Ahnung von dem Thema hat, bekommt mit diesen Text, alle Informationen, die er braucht. Dazu kann sich dann jeder eigene politische Ideen machen oder Konzepte entwickeln, die sinnvoll sind. Daran sollten die führenden Entscheidungsträger*innen dieses Landes messen und nicht an schönen Zukunftsversprechen, dass alles so geht wie bisher, nur eben mit Wasserstoff. Wirklicher Klimaschutz kann nur mit echten strukturellen Veränderungen gelingen!

  5. Bitte korrigieren:
    „Und schon heute können geringe Mengen Wasserstoff ganz normalem Erdgas oder Kerosin beigemischt werden, um die Klimabilanz von Heizungen und Flugzeugen zumindest um ein paar Prozent zu verbessern.“

    Erdgas kann Wasserstoff beigemischt werden, Kerosin nicht. Im Flugverkehr würde die Verbrennung von Wasserstoff nichts bringen, da auch Wasser ein Treibhausgas ist und in Flughöhe nicht ausregnet, somit den Treibhauseffekt steigert. Deshalb bringt auch „Bio“-Kerosin nicht viel, denn die nicht CO2-Effekte im Flugverkehr überwiegen ca. 3/4.

  6. Wasserstoff ist kein Allheilmittel für das Klima, aber er hilft, die CO2-Emissionen deutlich zu senken. Leider gibt es weltweit nicht genug Anlagen, um grünen Wasserstoff herzustellen, zu speichern, zu verteilen und letztendlich auch zu nutzen. Es gibt werbewirksame Prototypen, Projekte und Forschungsansätze, aber keine breite Anwendung. Also sollten wir sofort anfangen, die Wasserstofftechnik in die breite Anwenung zu bringen.
    Machen statt reden!!
    Hierzu startet ab dem 01.10.2021 ein anwendungsbezogener Bachelorstudiengang Wasserstofftechnik in Schweinfurt (h2.fm.fhws.de), in dem alle Kompetenzen vermittelt werden, um Wasserstoffanlagen in die nachhaltige Anwendung zu bringen.

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