Zukunftstechnologie Wasserstoff:

Hoffnungsträger für die Energiewende

Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein für eine erfolgreiche Energiewende. Der Klimaschutzplan der Bundesregierung sieht vor, dass bis 2030 über alle Sektoren verteilt 55% der CO2-Emissionen im Vergleich zu 1990 eingespart werden. Wasserstoff hat dabei durch seine Vielseitigkeit das Potenzial, die Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr zu verbinden und für ein nachhaltiges und integriertes Energiesystem zu sorgen.

Grüner, blauer und grauer Wasserstoff

In der Wasserstoffwirtschaft wird im Wesentlichen zwischen sogenanntem grünen, blauen und grauen Wasserstoff unterschieden.

Grüner Wasserstoff ist der nachhaltigste Wasserstoff, da der für die Elektrolyse eingesetzte elektrische Strom zu 100% aus erneuerbaren Energien stammt. Das heißt, dass der erzeugte Wasserstoff CO2-frei und damit klimafreundlich ist.

Grauer Wasserstoff wird heute in der Industrie im Verfahren der sogenannten Dampfreformierung aus dem fossilen Energieträger Erdgas gewonnen. Erdgas wird in diesem Verfahren unter Hitze in Wasserstoff und CO2 umgewandelt. Da hier CO2 entsteht ist die Produktion des Wasserstoffs nicht klimaneutral und verstärkt den Treibhauseffekt.

Blauer Wasserstoff wird im gleichen Verfahren wie grauer Wasserstoff aus Erdgas produziert. Das nach der Wasserstoff-Herstellung entstandene CO2 wird jedoch abgeschieden und in geologischen Lagerstätten gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS). Da das CO2 nicht in die Atmosphäre gelangt, gilt die Produktion von blauem Wasserstoff als klimaneutral.

Mehr Informationen über die Wasserstoff-Farbenlehre gibt es auf der Webseite des BMBF.

Wasserstoff – vielfältig einsetzbar

Wasserstoff ist das im Universum mit Abstand häufigste chemische Element „H“. Auf der Erde ist Wasserstoff in seiner elementaren Form praktisch nicht vorhanden, jedoch in vielen Verbindungen. Im Alltag treffen wir Wasserstoff an erster Stelle in Verbindung mit dem Element Sauerstoff „O“ an. Gemeinsam werden sie zum Element Wasser „H2O“.

Das Verfahren, um Wasserstoff von Sauerstoff zu trennen, nennt sich Elektrolyse. Sogenannte Elektrolyseure sind technische Vorrichtungen, die mithilfe elektrischen Stroms Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen können. Eine der weltweit größten Wasserstoff-Elektrolyse-Anlagen entsteht zurzeit im nordrheinwestfälischen Wesseling.

Seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten machen Wasserstoff und seine Anwendungen zu Schlüsseltechnologien der Energiewende. Wasserstoff ist als Energiespeicher wie auch als Energieträger zum Antrieb von Motoren, Maschinen und Heizungen einsetzbar. Die zentralen Anwendungsgebiete von Wasserstoff liegen in folgenden Bereichen.

Mobilität

Moderne (motorenbetriebene) Mobilität ist elektrisch. Die fossilen Kraftstoffe Benzin und Gas sind endlich und belasten das Klima mit zu hohen CO2-Emissionen. Elektrofahrzeuge erfreuen sich immer größerer Beliebtheit auf dem Markt und werden die klassischen Verbrennungsmotoren Schritt für Schritt ablösen.

E-Mobilität ist die Schlüsseltechnologie für die Gestaltung eines nachhaltigen Verkehrssystems. Der Strom, den Elektrofahrzeuge benötigen, wird entweder durch Batterien oder Brennstoffzellen bereitgestellt. Die Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff direkt in Strom um.

Batterie- oder brennstoffzellenbetriebene Elektromobilität betrifft nicht nur unsere Autos, sondern ein weites Spektrum an Fortbewegungsmitteln, wie zum Beispiel:

  • Busse: von Privatunternehmen wie auch des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV). Bereits seit einigen Jahren sind Wasserstoffbusse im ÖPNV im Einsatz.
  • Nutz- und Sonderfahrzeuge: Lastwagen und Transporter in allen Größen, Einsatzfahrzeuge für die Feuerwehr, Notärzte und andere Hilfsorganisationen, aber auch Traktoren, Gabelstapler, Fahrzeuge der Entsorger und viele andere Fahrzeuge mehr, können mit Wasserstoff betrieben werden.
  • Züge: Erste Praxisversuche mit durch Elektromotoren betriebenen sogenannten Wasserstoff-Triebzügen sind vielsprechend und zeigen, dass Wasserstoff auch auf der Schiene Zukunft hat. Wasserstoff-Triebzüge werden bereits im regulären Linienbetrieb eingesetzt. Seit dem 17. September 2018 sind zwei Wasserstoffzüge der Firma Alstom auf der Strecke zwischen Cuxhaven und Buxtehude über Bremerhaven und Bremervörde unterwegs.
  • Flugzeuge: Wasserstoff kann Kerosin ersetzen. Auch Flugzeuge können mit Wasserstoff angetrieben werden. Nach erfolgreichen Testflügen wurde am 11. Dezember 2020 das erste viersitzige Passagierflugzeug, das allein mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Batterie-System angetrieben wird, an seinem Heimatflughafen Stuttgart präsentiert.
  • Schiffe: Die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie kann im Schiffsbereich für emissionsfreie Antriebe und zur Bordstromversorgung eingesetzt werden.

Wasserstoff: Schlüsseltechnologie für die Sektorenkopplung

Die Sektorenkopplung verbindet die energiewirtschaftlichen Sektoren Strom, Wärme und Mobilität. Sie gilt als zentrales Konzept für eine erfolgreiche Energiewende. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten als Speicher und Kraftstoff machen Wasserstoff zur Schlüsseltechnologie der Energiewende.
Für die Kopplung der Sektoren eignen sich verschiedene Konzepte und Technologien. Der heute vielversprechendste Ansatz ist das Power-to-Gas-Konzept. Power-to-Gas steht für die Erzeugung von Wasserstoff oder auch Methan durch Strom. Der durch erneuerbare Energien erzeugte grüne Wasserstoff, kann gespeichert und vielfältig in allen Sektoren genutzt werden.

  • Im Verkehr: In Kombination mit der Brennstoffzelle als Kraftstoff, kann Wasserstoff in nahezu allen Mobilitätsformen eingesetzt werden.
  • In Gebäuden: In Wohnungen und Häusern kann Wasserstoff als Beimischung oder als „synthetisches Erdgas“ dazu beitragen, Gebäude zu heizen.
  • In der Industrie: In der chemischen Industrie bildet Wasserstoff die Grundlage für viele chemische Wertschöpfungsketten. Für energieintensive Industrien wie die metallverarbeitenden Industrien oder die Zementindustrie ist grüner Wasserstoff der Hoffnungsträger für eine umfassende Dekarbonisierung der Branchen.
  • Als Energiespeicher: Einer der großen Herausforderungen der Energiewende ist die Speicherung von erneuerbaren Energie. Wasserstoff ist ein idealer Energiespeicher. Anstatt anfallende Überproduktionen von Strom in Batterien zu speichern, lassen sich Elektrolyseure bei Bedarf hochfahren um den Strom in erneuerbares Gas umzuwandeln. Dieser grüne Wasserstoff lässt sich sehr gut in Druck- oder theoretisch auch in Kavernenspeichern aufbewahren. Zurzeit laufen zahlreiche Projekte und Testvorhaben, die die Speicherung von Wasserstoff in Kavernenspeichern in Salzgestein testen.
    Ein weiterer großer Vorteil von Wasserstoff ist, dass er über die bereits existierende und weit verzweigte Gasinfrastruktur in Deutschland transportiert werden und gleichermaßen in Privathaushalte und Industrien in Deutschland verteilt werden kann.
    Wasserstoff über Power-to-Gas ist die einzige heute verfügbare Technologie, die sowohl eine saisonale Speicherung von Strom wie auch dessen Nutzung in allen energieintensiven Sektoren möglich macht.

Wasserstoffstrategie der Bundesregierung

Eine erfolgreiche Energiewende bedeutet die Kombination von Versorgungssicherheit, Bezahlbarkeit und Umweltverträglichkeit mit innovativem und intelligentem Klimaschutz. Wasserstoff ist ein vielfältig einsetzbarer Energieträger, Energiespeicher und ein wesentliches Element der Sektorenkopplung.

Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie schafft die Bundesregierung einen ganzheitlichen Handlungsrahmen für die künftige Erzeugung, den Transport, die Nutzung und Weiterverwendung von Wasserstoff und damit für entsprechende Innovationen und Investitionen. Sie definiert die Schritte, die notwendig sind, um zur Erreichung der Klimaziele beizutragen, neue Wertschöpfungsketten für die deutsche Wirtschaft zu schaffen und die internationale energiepolitische Zusammenarbeit weiterzuentwickeln.

Wasserstoff

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HyBayern – Grüne Wasserstoffmodellregion

Aufbau eines geschlossenen Kreislaufs aus grüner H2 Erzeugung, -verteilung und -nutzung
Landkreis Landshut, Ebersberg, München
Projektvolumen
42 Mio. Euro
Laufzeit
2020-2025
Durch die Nutzung des grünen Wasserstoffs als Kraftstoff für den Betrieb von 35 neuen Brennstoff­zellen- Bussen, 30 Pkw, Flurförder­zeugen und dem geplanten Wasserstoff-Technologie-Anwender­zentrum werden jährlich bis zu 4.500 Tonnen CO2 Tonnen CO2 eingespart.
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