Wasserstoff (H2) steht derzeit hoch im (klima-)politischen sowie im wissenschaftlichen Diskurs und wird von einigen Verfechtern als Schlüsselelement der Energiewende gesehen. In seiner Funktion als Energieträger wird er oft im Zusammenhang mit Klimafreundlichkeit und Nachhaltigkeit genannt. Mit Hilfe der nachfolgend dargestellten Klassifikation kann beschrieben werden, warum die „ganze Wahrheit“ auch anders aussehen kann: Um zwischen Herstellungs- und Speicherverfahren zu unterscheiden, hat man nämlich dem farblosen Element – quasi wie im Farbmalkasten – verschiedene Farben beigemischt, wenn auch nur rhetorisch.
Schwarzer, brauner und grauer Wasserstoff
Ein Großteil des heute erzeugten Wasserstoffs ist ein Nebenprodukt der konventionellen Energiegewinnung und Industrie. So wird schwarzer Wasserstoff bei der Vergasung von Steinkohle gewonnen und brauner Wasserstoff aus Braunkohle hergestellt. Grauer Wasserstoff entsteht bei der Dampfreformierung von Erdgas. Er ist jedoch ebenso als Produkt der Verarbeitung von zuvor genannten und weiteren fossilen Brennstoffen bekannt. Die Herstellungsverfahren sind vergleichsweise sehr kostengünstig, jedoch aufgrund der hohen CO2-Emmissionen gehen sie zu Lasten der Umwelt.
Blauer Wasserstoff
Die Gewinnung von blauem Wasserstoff basiert auf den zuvor beschriebenen Verfahren. Die Abgrenzung liegt darin, dass der über-wiegende Teil der CO2-Emissionen hierbei nicht in die Atmosphäre freigegeben, sondern mit dem sogenannten Carbon Capture and Storage (CSS)-Verfahren abgeschieden und (unterirdisch) eingelagert wird. Dabei sind Langzeitrisiken wie Entweichungen durch Le-ckagen nicht auszuschließen. Der blaue Wasserstoff verbessert die Umweltverträglichkeit beschränkt, von Nachhaltigkeit kann auf Grund der Risiken jedoch nicht die Rede sein. Diese Technologie wird als Übergangslösung beschrieben.
Türkiser Wasserstoff
Türkiser Wasserstoff wird durch Methanpyrolyse, das heißt durch einen thermo-chemischen Umwandlungsprozess, aus Erdgas hergestellt. Das Verfahren kann CO2-neutral sein, wenn der Kohlenstoff dauerhaft gebunden bleibt und nicht weiterverarbeitet (verbrannt) wird. Zudem müssten die Reaktoren mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Da jedoch bei der Förderung von Erdgas Emissionen entstehen, ist türkiser Wasserstoff im gesamten Entstehungsprozess nicht komplett klimaneutral.
Grüner Wasserstoff
Grün ist die Symbolfarbe für Klimaschutz, Nachhaltigkeit und Hoffnung, so auch in Bezug auf Wasserstoff. Wasser (H2O) kann durch die Elektrolyse mithilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoffatomen getrennt werden. Wurde die elektrische Energie zuvor durch regenerative Verfahren wie Wasser- und Windkraftanlagen gewonnen, ist die Variante vollständig klimaneutral. In den vergangenen Jahren sind die Preise für Elektrolyseure und erneuerbare Energien deutlich gesunken und werden aufgrund des erhöhten Interesses voraussichtlich auch in Zukunft weiter reduziert. Dies ist notwendig, um ökonomisch mit anderen Wasserstoffquellen konkurrieren zu können. Die Schwankungen in der Erzeugung erneuerbarer Energien bleiben nach wie vor eine Herausforderung. Eine alternative Möglichkeit für die zukünftige Herstellung von grünem Wasserstoff könnte die Nutzung von Sonnenenergie durch thermochemische Wasserspaltung (TWS) sein, jedoch erfordert auch diese Methode weitere Entwicklungen.
Gelber Wasserstoff
Wird die Energie für die Elektrolyse aus einem Strommix bezogen, der nur zu einem Teil klimaneutral hergestellt wurde, spricht man von gelbem Wasserstoff.
Orangener Wasserstoff
Weniger populär ist die Gewinnung von Wasserstoff aus Bioenergie. Sie wird aus organischen Stoffen gewonnen und kann in Form von Biomasse und Biogasen vorliegen. Der Kohlenstoff-Fußabdruck von Bioenergie ist geringer als der von aus fossilen Brennstoffen hergestelltem Wasserstoff, da das freigesetzte Treibhausgas zuvor gebunden wurde. Bioenergie hat eine berechenbare Produktion im Gegensatz zu Sonne oder Wind, aber es gibt auch kritische Aspekte wie Landknappheit, Entwaldung, Rückgang der biologischen Vielfalt, „Nahrungsmittel vs. Treibstoff“ und Auswirkungen auf Wasserressourcen. Die Effizienz der Produktionskette ist fragwürdig, wes-halb der aus Bioenergie hergestellte orangene Wasserstoff nicht als „grün“ eingestuft wird.
Roter, rosa, violetter Wasserstoff
Je nach Quelle wird der Wasserstoff, der aus Kernenergie hergestellt wurde, in Rottönen beschrieben. Die Kernenergie kann effektiv sowohl zur Elektrolyse als auch durch die Nutzung ihres hoch temperierten Abwassers für das thermochemische TWS-Verfahren genutzt werden. Die Energieerzeugung ist stabil bzw. planbar und die CO2-Emissionen sind dabei gering. Unzählige Debatten zur Atom-kraft verdeutlichen, dass die Nutzung von Atomstrom als Beitrag und Übergangstechnologie für eine klimaneutrale Zukunft umstritten ist. Von Nachhaltigkeit kann derzeit aufgrund von begrenzten Ressourcen wie Uran und der Endlagerung von radioaktiven Abfallprodukten keine Rede sein.
Weißer Wasserstoff
Es gibt auch natürliche Vorkommen von (weißem) Wasserstoff, beispielsweise abgelagert in Gesteinsformationen in Afrika. Diese könnten zum Beispiel durch Fracking gefördert werden. Diese Methode ist jedoch auch aufgrund möglicher negativer Umweltauswirkungen umstritten. Das Potenzial sowie sozio- und technoökonomische Faktoren werden derzeit unter anderem durch das Leibniz- und Frauenhofer-Institut in Kooperation erforscht.
Wasserstoff heute und morgen
Das Thema Wasserstoff ist scheinbar ganz schön bunt. Dabei gilt es zu beachten, dass es bislang keinen standardisierten Farbcode für die verschiedenen Arten von Wasserstoff gibt und Abweichungen zu den hier aufgeführten Erläuterungen möglich sind. Es lässt sich insgesamt festhalten, dass der grüne Wasserstoff − nach dieser Betrachtung − der einzige ist, der langfristig nachhaltig und klima-freundlich ist.
Die Entwicklung der Technologien insbesondere hinsichtlich Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit bleibt abzuwarten. Schon seit einigen Jahren wird Wasserstoff primär zur Ölaufbereitung oder in der Chemieindustrie eingesetzt. Doch derzeit rückt er immer mehr in anderen Anwendungsbereichen in den Fokus, zum Beispiel als Energieträger, Kraftstoff oder für (thermische) Industrieprozesse. Seine Vorteile liegen beispielsweise darin, dass er bei seinem Einsatz in Brennstoffzellen (Verstromung) keine umweltschädlichen Stoffe freisetzt. Die Herausforderung bei der zukünftigen Nutzung des Wasserstoffes sind derzeit folgende:
- Herstellung
Wasserstoff ist in der Natur nicht in reiner Form (frei) vorhanden und muss durch oben genannte Prozesse unter Energieverlust hergestellt werden. Die Aufgabe besteht darin, diese Prozesse energieeffizient, nachhaltig und klimaneutral umzusetzen. - Transport
Wasserstoff hat eine geringe Dichte und muss unter hohem Druck, bei sehr niedrigen Temperaturen oder gebunden in anderen chemischen Strukturen (z. B. Ammoniak) transportiert werden, um ausreichend Energie zu liefern. Dies macht den Transport schwierig und teuer. - Speicherung
Wasserstoff hat eine geringe volumetrische Energiedichte und muss daher in großen Volumina gespeichert, auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt (verflüssigt) oder auf hohe Drücke verdichtet werden. - Sicherheit
Wasserstoff ist sehr flüchtig und leicht entzündlich. Bei der Lagerung und dem Transport muss daher sehr vorsichtig vorgegangen werden, um Unfälle zu vermeiden. - Infrastruktur
Die Herstellung, Lagerung und der Transport von Wasserstoff erfordert eine spezielle Infrastruktur. Zur Verteilung kann gemäß einer aktuellen Studie des Deutschen Vereins Gas- und Wasserfaches e.V. (www.dvgw.de, Kurzlink https://bit.ly/3nRmzf1) das Gasnetz verwendet werden. Jedoch sind hier sicherlich auch Anpassungen an bestimmten Komponenten notwendig. - Kosten
Die Herstellung, Speicherung und der Transport insbesondere von grünem Wasserstoff ist derzeit noch teuer, was die Gesamtkosten für die Wasserstoffnutzung als Energiespeicher erhöht.
Fazit
Eine abschließende Bewertung der Wasserstofftechnologie lässt sich in kurzen Sätzen leisten: Diese Technologie ist so herausfordernd wie aussichtsreich.
