Grüner Wasserstoff
14 FRAGEN UND ANTWORTEN ZUM THEMA GRÜNER WASSERSTOFF
Warum investiert die Bundesregierung in Grünen Wasserstoff?
Grüner Wasserstoff ist zentral für das Erreichen der Pariser Klimaschutz-Ziele: Mit seiner Hilfe ist es möglich, Deutschlands größte Treibhausgas-Verursacher, nämlich Industrie, Verkehr und Wärmeversorgung, klimafreundlich umzugestalten und gleichzeitig den Technologiestandort Deutschland zu stärken.
Welche Rolle spielt Wasserstoff in der Industrie?
Wasserstoff kann Brennöfen der Industrie beheizen – zum Beispiel in der Glas-, Zement- und Stahlindustrie. Zudem ist er für die Nutzung von Abgasen relevant: Im BMBF-geförderten Projekt Carbon2Chem beispielsweise braucht es Wasserstoff, um aus Abgasen Dünger-, Kunst- und Kraftstoff-Vorläufer zu produzieren. Zuletzt können mithilfe von Wasserstoff in Power-to-X Verfahren wichtige Rohstoffe für die Chemieindustrie produziert werden. Das geschieht derzeit beispielsweise im BMBF-geförderten Projekt Rheticus.
Welche Rolle spielt Grüner Wasserstoff im Verkehr?
Relevant ist Wasserstoff vor allem in den Bereichen, in denen Elektrifizierung in absehbarer Zeit nicht möglich ist, das heißt: Im Bereich Flug-, Fern-, Schwerlast- und Schiffsverkehr. Durch Wasserstoff in synthetischen Kraftstoffen lassen sich diese Verkehrsbereiche klimafreundlich umgestalten. Auch der Antrieb durch reinen Wasserstoff ist eine Option.
Welche Rolle spielt Wasserstoff bei der Wärmeversorgung?
Wasserstoff kann in gewissen Mengen bereits heute in das bestehende Gasnetz beigefügt werden. Zudem lässt sich mithilfe von Brennstoffzellen aus Wasserstoff relativ effizient Wärme gewinnen.
Wie unterscheidet sich Grüner Wasserstoff von Blauem und Grauem?
Wasserstoff ist immer ein farbloses Gas. Je nach seinem Ursprung trägt er allerdings verschiedene Farben in seinem Namen: Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen durch die Spaltung von Erdgas gewonnen. Dabei entstehendes CO2 wird in die Atmosphäre abgegeben. Bei Blauem Wasserstoff wird dieses CO2 abgeschieden und gespeichert (Englisch: Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre. Grüner Wasserstoff wird durch Wasser-Elektrolyse mit erneuerbarem Strom hergestellt. Die Herstellung ist CO2-frei.
Grüner Wasserstoff - Nutzen und Nutzung
Um die Erderhitzung auf 1,5 Grad zu begrenzen, ist bis deutlich vor 2050 ein vollständiger weltweiter Verzicht auf die Verbrennung fossiler Energien (Kohle, Öl, Gas) erforderlich. Hierfür ist Wasserstoff ein wichtiger Baustein. Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft auf regionaler und kommunaler Ebene ist ein zentraler Hebel, um die Technologie in den Alltag zu überführen. Denn in Verbindung mit Strom aus erneuerbaren Energien ist grüner Wasserstoff Klimachance, Ermöglicher der Energiewende über alle Sektoren und letztlich Wirtschaftsmotor und Wohlstandsgarant.
Wasserstoff als Schlüsselfaktor für ein nachhaltiges Energiesystem
Wasserstoff kann wie Benzin, Diesel oder Erdgas als Treibstoff in der Mobilität und zur Wärmegewinnung verwendet werden. Er kann überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien langfristig speichern und als kohlenstofffreier Energieträger die gesamte Wirtschaft dekarbonisieren. Damit kann er zum Schlüsselfaktor in einem nachhaltigen und integrierten Energiesystem der Zukunft werden.
Seit Langem dient Wasserstoff in Produktionsprozessen und vielen Industrien als wichtiger Rohstoff. Als Kraftstoff im Verkehr oder als Brennstoff zur Wärmeerzeugung ist er dagegen wenig verbreitet. Hier ermöglicht Wasserstoff aber, dass beide Energiesektoren ihre Emissionen drastisch reduzieren und somit ihren notwendigen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten können. Anders als fossile Treibstoffe kann Wasserstoff emissionsfrei aus erneuerbaren Energien erzeugt werden: Mit Wind- oder Solarstrom wird Wasser mittels Elektrolyse emissionsfrei in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
Im Doppelpack unschlagbar: Brennstoffzellen und Wasserstoff
Im Energiewandler Brennstoffzelle kann Wasserstoff am effizientesten und sauber verstromt werden. Gemeinsam können sie überall dort eingesetzt werden, wo Strom und Wärme benötigt werden. Wasserstoff kann Brennstoffzellen-Fahrzeuge wie Pkw, Busse oder Züge antreiben. Diese Elektrofahrzeuge fahren, ohne schädliche Emissionen auszustoßen. Die einzigen Reaktionsprodukte, die in die Umwelt entweichen, sind reines Wasser und Wärme. Brennstoffzellen-Fahrzeuge haben vergleichbare Reichweiten wie konventionell angetriebene Fahrzeuge und können in wenigen Minuten an Tankstellen mit Wasserstoff betankt werden. Da neben Strom in der Brennstoffzelle auch Wärme entsteht, eignen sie sich nicht nur als Fahrzeugantrieb sondern auch zur Energieversorgung von Gebäuden. Brennstoffzellen-Heizgeräte sind hoch-effiziente Kraft-Wärme-Anlagen, die heute schon von verschiedenen Herstellern zum Kauf angeboten werden. In der Logistik mit Flurförderzeugen sowie als Netzersatzanlagen in der Telekommunikation und für Leitwarten bieten Brennstoffzellensysteme durch ihren leisen und emissionsfreien Betrieb Vorteile gegenüber konventionellen Anlagen.
Ausbau erneuerbarer Energien ist Voraussetzung für den Klimaschutz
Um das UN-Klimaziel der Begrenzung der Erderwärmung auf unter 2° Celsius in diesem Jahrhundert erreichen zu können, muss weltweit die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen ausgebaut werden. Das ist eine wesentliche Voraussetzung, um die Energieversorgung bis zum Jahr 2050 nahezu vollständig zu dekarbonisieren. Da andere Sektoren wie Landwirtschaft oder bestimmte Industriezweige wie Stahl- oder Zementproduktion ihre Emissionen nur begrenzt reduzieren können, müssen die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr vollständig auf regenerative Quellen umsteigen, mit Wasserstoff und Brennstoffzellen als Bindeglied.
Die technische Reife bei klimafreundlichen Energietechnologien wie Brennstoffzellen ist mittlerweile erreicht. Die Herausforderungen bei der breiten Markteinführung liegen jetzt im Absenken der Stückkosten, in der Entwicklung profitabler Geschäftsfelder und in der Anpassung der regulatorischen Rahmenbedingungen. Die positiven volks- und betriebswirtschaftlichen Effekte von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien sind in Studien vielfach dargelegt (Quelle: Internetseite der NOW GmbH https://www.now-gmbh.de/de/aktuelles/presse/energieversorgung-mit-wasserstoff-ermoeglicht-die-erfuellung-der-un-klimaschutzziele und Fact Sheet der BEnW Schaumburg, siehe unten und https://www.buergerenergiewende-schaumburg.de/ ).
BürgerEnergieWende Schaumburg e.V.
www.buergerenergiewende-schaumburg.de
Wasserstoff
Factsheet und Positionspapier
Das Fact Sheet wurde dem Flecken Steyerberg freundlicherweise zur Verfügung gestellt und wird hier in Gänze übernommen. Danke an den Verein BEnW Schaumburg e. V.!
"Warum Wasserstoff?
Um die Erderhitzung auf 1,5 Grad zu begrenzen, ist bis deutlich vor 2050 ein vollständiger weltweiter Verzicht auf die Verbrennung fossiler Energien (Kohle, Öl, Gas) erforderlich. Hierfür ist Wasserstoff ein wichtiger Baustein.
Was ist Wasserstoff?
Wasserstoff ist ein chemisches Element mit dem Symbol H. Es ist das am häufigsten vorkommende Element, es kommt aber nur gebunden vor, so in allen organischen Substanzen, in nahezu sämtlichen lebenden Organismen, in Kohlenwasserstoffen wie Methan, Erdgas und Erdöl. Es ist insbesondere Bestandteil des Wassers (H2O) und ein farb- und geruchsloses Gas (molekularer H2).
Art der Erzeugung und Klimarelevanz – die „Farbe des Wasserstoffs“
Grauer Wasserstoff: Dieser wird durch Erhitzung von Kohlenwasserstoffen wie (fossilen) Brennstoffen, insbesondere Erdgas oder Leichtbenzin hergestellt. Er dient bereits seit langem als Grundstoff in der Industrieproduktion. Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff werden rund 10 Tonnen CO2 freigesetzt. Mit über 90% ist derzeit der weit überwiegende Teil des weltweit produzierten Wasserstoffs grau.
Blauer Wasserstoff: Dieser wird wie grauer Wasserstoff aus Erdgas hergestellt, jedoch das CO2 abgeschieden und in der Erde gespeichert (CCS Carbon Capture and Storage). Diese noch nicht marktreife Technologie ist umstritten, da Endlager gefunden werden müssten, die den Kontakt mit Natur und Atmosphäre verhindern.
Türkiser Wasserstoff: Entsteht durch thermische Spaltung von Methan. Hierbei wird kein CO2 freigesetzt, es entsteht neben Wasserstoff fester Kohlenstoff (C), der gelagert oder als Aktivkohle oder zur Bodenverbesserung genutzt werden kann.
Grüner Wasserstoff: Durch Zuführung elektrischer Energie wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt (Elektrolyse). Hierbei entsteht kein CO2. Lediglich 4% des weltweit erzeugten Wasserstoffs sind derzeit grün und damit dem Klimaschutz zuträglich!
Energiebedarf / Wirkungsgrad: Für alle o.g. Verfahren der Wasserstofferzeugung ist eine große Menge Energie erforderlich. Kommt diese aus fossilen Energieträger, ist deren CO2-Bilanz bei der Wärme- bzw. Stromerzeugung zusätzlich einzurechnen. Sowohl bei der Herstellung (z.B. durch Elektrolyse) als auch bei der Rückverstromung gehen jeweils etwa 1/3 der eingesetzten Energie verloren, so dass sich am Ende ein Energieverlust von etwa 2/3 ergibt. Es müssen also für jede Kilowattstunde Strom aus Wasserstoff ca. drei Kilowattstunden Strom eingesetzt werden.
Klimaschutzbeitrag: Nur, wenn regenerativer Überschussstrom (d.h. Strom, für den zum Zeitpunkt der Erzeugung keine andere Verwendungsmöglichkeit besteht) verwendet wird, ist die Herstellung von grünem Wasserstoff daher tatsächlich ein Beitrag zum Klimaschutz!
Anwendungsgebiete – Wie kann Wasserstoff dem Klimaschutz dienen?
Wasserstoff macht elektrische Energie speicherbar und dies, anders als bei Akkus, auch in großen Mengen. Er kann gelagert, ggf. transportiert und später wieder rückverstromt werden (Wirkungsgrad s.o.), z.B. in einem Wasserstoff-Gaskraftwerk oder einer Brennstoffzelle. Verflüssigt kann er in Tanks gespeichert und als Treibstoff genutzt werden. Werden Kohlenwasserstoffgase in Industrieprozessen durch Wasserstoffgase ersetzt, ist dies ein Beitrag zur Dekarbonisierung.
Im Rahmen des Kohleausstiegs ist Wasserstoff besonders geeignet, um den Strom aus den volatilen regenerativen Energien für sonnen- und windarme Zeiten (als „Dunkel-Flaute“ bezeichnet) zu speichern. Weiterhin ist Wasserstoff dort eine unverzichtbare Lösung, wo die direkte (= ohne Umwandlungsverluste) Elektrifizierung nicht möglich ist, wie z. B. im Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr. Wasserstoff ist in die Energiesysteme zu integrieren und verbindet die einzelnen Energiesektoren miteinander (Sektorenkopplung).
Welcher Voraussetzungen bedarf es dafür?
Um Wasserstoff sinnvoll im Rahmen des Klimaschutzes nutzen zu können, darf es sich ausschließlich um grünen (= durch Elektrolyse aus Wasser gewonnenen), mit Strom aus regenerativen Energien hergestellten Wasserstoff handeln.
Somit bedarf es eines deutlichen Ausbaus der Stromerzeugung aus regenerativen Energien (z.B. Wind und Sonne)! Denn Wasserstoff ist kein Ersatz, sondern ein Produkt regenerativer Energien!
Welche Risiken gibt es, welche Fehler sollten vermieden werden?
Das größte Risiko ist eine zu geringe Erzeugungskapazität für grünen Wasserstoff aus regenerativen Energien. Derzeit sind weltweit nur 4% des Wasserstoffes grün, die übrigen 96% sind derzeit noch grau. Insofern ist es essenziell, zuerst für die klimafreundliche Erzeugung von hinreichend Strom zu sorgen, um damit dann die Wasserstoffproduktion und anschließend den Wasserstoffverbrauch hochzufahren.
Aufgrund der begrenzten Erzeugungskapazitäten und gegebener Wirkungsgradverluste sollte Wasserstoff zunächst dort eingesetzt werden, wo eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist. Somit sollte die Nutzung für PKW-Verkehr und Gebäudeheizung möglichst unterbleiben, wenngleich Brennstoffzellen beides hergeben.
Welche Lobbyinteressen sind beteiligt?
Wasserstoff wird zunehmend zu einem Geschäftsmodell. Dabei haben naturgemäß nicht alle Akteure Interesse am Klimaschutz.
Die Mineralölindustrie z.B. hat bei einer Elektrifizierung von Verkehr und Heizung kein Geschäftsmodell mehr. Daher forciert sie mit massivem Marketingaufwand die Umstellung dieser Sektoren auf Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe. Dass dem Klima-schutz damit kaum gedient ist, spielt keine Rolle.
Energieversorger befürchten erhöhten Abschreibungsbedarf auf ihre Gasnetze und forcieren ebenfalls trotz Umwandlungsverluste die Verwendung von Wasserstoff zum Heizen.
Politische Parteien vermarkten Wasserstoff gerne als Wunderwaffe, um den bei ihren Wählern unbeliebten Einsatz von Wind- und Sonnenenergie oder Elektromobilität zu vermeiden.
Japan setzt aus rein wirtschaftlichen Erwägungen besonders stark auf Wasserstoff, sowohl im Verkehrs- wie auch im Gebäudesektor. Der Energiebedarf steigt dadurch dort so rasant, dass der Bau neuer Kohlekraftwerke in Erwägung gezogen wird!
Was sagt die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung?
Bis 2030 sollen 20% des in Deutschland genutzten Wasserstoffs aus regenerativen Quellen stammen. 80% sind somit selbst in 10 Jahren noch nicht nachhaltig. Bis dahin sollen regenerative Erzeugungskapazitäten von 5 Gigawatt entstehen. Aufgrund der begrenzten und energieintensiven Produktion wird der Einsatzschwerpunkt vor allem bei der Stahlproduktion, in der (Chemie-)Industrie sowie im Schwerlastverkehr gesehen, um hier die besonders großen Potenziale zur CO2-Reduktion zu heben. Der Wasserstoffbedarf 2030 wird auf etwa 110 Terrawattstunden geschätzt. Da die eigene regenerative Erzeugung bis dahin nur etwa 14 Terrawattstunden betragen soll (aufgrund der Umwandlungsverluste sind hierfür wiederum 20 Terrawattstunden regenerativer Strom erforderlich), muss der Rest importiert werden. Für eine Klimaneutralität müssen allerdings auch in den Exportländern erst Kapazitäten regenerativer Energien aufgebaut werden.
Was passiert im Landkreis Schaumburg?
Schaumburg nimmt seit 2019 am Projekt HyStarter der Bundesregierung teil. Die Bürger- EnergieWende Schaumburg e.V. begrüßt die Teilnahme und sieht sie als große Chance für die Region und den Klimaschutz. Aufgrund der absehbar zukünftig enormen Nachfrage sehen wir im Rahmen des Projekts eine Fokussierung auf die Produktion von grünem Wasserstoff – idealerweise aus Überschussstrom – sowohl unter ökonomischen als auch unter Klimaschutzaspekten als zielführend an. Dies sollte auch durch einen konsequenten Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung in Schaumburg unterstützt werden. Neben einzelnen Modellprojekten sollten sich Verbrauchs-Anwendungen vor allem auf schwer elektrifizierbare Bereiche wie Schwerlastverkehr, Schifffahrt und Industrieprozesse konzentrieren. Mehrere Mitglieder unseres Vereins binden sich bereits aktiv in verschiedene aussichtsreiche und unterstützenswerte Projekte ein."