Grüner Wasserstoff, Champagner der Energiewende

Grüner Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für eine klimafreundliche Energieversorgung. Doch wie wird er eigentlich produziert und was macht ihn so kostspielig?

Grüner Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien wie Wind- oder Solarkraft gewonnen wird, ist ein vielversprechender Energieträger für eine nachhaltige Zukunft. In diesem Artikel erklären wir, wie grüner Wasserstoff hergestellt wird und warum er derzeit noch teurer ist als fossiler Wasserstoff.

Die Herstellung von grünem Wasserstoff erfolgt durch die Elektrolyse von Wasser. Dabei wird Wasser mit Hilfe von Strom, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der so gewonnene Wasserstoff kann dann als Energieträger oder Rohstoff genutzt werden, beispielsweise für Brennstoffzellen, Kraftwerke oder in der Industrie.

Ein großer Vorteil von grünem Wasserstoff ist, dass bei seiner Nutzung kein Kohlendioxid (CO2) ausgestoßen wird. Dies trägt zum Klimaschutz bei und macht grünen Wasserstoff zu einer sauberen Energiequelle.

Trotz seiner Vorteile ist grüner Wasserstoff derzeit noch teurer als fossiler Wasserstoff, der aus Erdgas oder Kohle hergestellt wird. Dies liegt vor allem an den hohen Kosten für die Elektrolyse und den erneuerbaren Strom, der für die Herstellung benötigt wird.Die aktuellen Preise für Wasserstoff findet man z.B. im “Hydex” vom Beratungsunternehmen E-Bridge Consulting GmbH. Der Index wird für drei Herstellungstechnologien von Wasserstoff berechnet: “Hydex Green” für Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser mit Hilfe von grünem Strom, “Hydex Blue” für Wasserstoff aus Dampfreformierung von Erdgas mit CO2-Abscheidung und Speicherung sowie der “Hydex Grey” für Wasserstoff aus Dampfreformierung von Erdgas mit Beschaffung entsprechender CO2-Zertifikate (EUA).

Der Hydex bezieht sich auf den (unteren) Heizwert von Wasserstoff. Der Preis für “Hydex Green” betrug am 18.01.2024 5,47 Euro/kg, “Hydex Blue” kostete 2,38 Euro/kg und “Hydex Grey” 2,44 Euro/kg ¹.

Bei einem Wasserstoffverbrauch von einem Kilogramm pro 100 km, ist Wasserstoff heute teilweise günstiger als Diesel aber weiterhin teurer als Strom für Fahrzeuge. Um grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen, sind massive Investitionen in die Infrastruktur, die Technologie und die Regulierung nötig. Einige Experten erwarten, dass die Kosten für grünen Wasserstoff bis 2030 auf zwei US-Dollar pro Kilogramm fallen können, wenn die Produktion mit erneuerbaren Energien vor Ort erfolgt. Für Projekte, die an das Stromnetz angeschlossen sind, wird jedoch keine so starke Kostenreduktion erwartet, da sie stärker vom Strompreis abhängen. Grüner Wasserstoff ist also noch eine teure, aber vielversprechende Option für eine nachhaltige Energiezukunft. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass er im Fahrzeugbereich kaum mit Strom konkurrieren werden wird, da der Strompreis bereits Teil des Gesamtpreises des Wasserstoffes ist und damit eine direkte Abhängigkeit besteht.

Das Endprodukt Wasserstoff kann rechnerisch nicht günstiger sein, als der Erzeugungspreis des verwendeten Stroms. Um sein volles Potenzial zu entfalten, sind jedoch noch viele Herausforderungen beim Wasserstoff zu meistern. In diesem Abschnitt werde ich einige dieser Herausforderungen näher beleuchten und mögliche Lösungsansätze diskutieren.

Die Elektrolyse ist der Prozess, bei dem Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Die Elektrolyse ist der entscheidende Faktor für die Herstellung von grünem Wasserstoff, da sie die Qualität und die Menge des Wasserstoffs bestimmt.

Die Elektrolyse ist jedoch noch nicht ausgereift und effizient genug, um grünen Wasserstoff in großem Maßstab zu produzieren. Die Elektrolyseure haben einen hohen Energieverbrauch, einen hohen Wartungsaufwand und eine begrenzte Lebensdauer. Zudem sind sie noch sehr teuer in der Anschaffung und im Betrieb.

Um die Elektrolyse zu verbessern, sind mehrere Ansätze möglich. Zum einen kann die Entwicklung und Erforschung neuer Elektrolysetechnologien vorangetrieben werden, die eine höhere Effizienz, eine längere Lebensdauer und eine geringere Kosten aufweisen. Zum Beispiel gibt es neben der herkömmlichen alkalischen Elektrolyse auch die sogenannte PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane), die eine höhere Leistungsdichte und eine bessere Anpassung an schwankende Stromquellen bietet.

Zum anderen kann die Integration der Elektrolyse mit den erneuerbaren Energien optimiert werden, um den Strombedarf zu senken und die Auslastung zu erhöhen. Dies kann durch die Nutzung von Überschussstrom, die Kopplung mit Speichersystemen oder die Kombination mit anderen Technologien wie der Power-to-Gas-Technologie erreicht werden. Die Power-to-Gas-Technologie ermöglicht es, den Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan zu verbinden, das dann in das bestehende Erdgasnetz eingespeist oder gespeichert werden kann.

Die Infrastruktur ist ein weiterer wichtiger Aspekt für die Verbreitung von grünem Wasserstoff. Die Infrastruktur umfasst sowohl die Transport- und Verteilnetze als auch die Speicher- und Verbrauchseinrichtungen für den Wasserstoff.

Die Infrastruktur für grünen Wasserstoff ist noch nicht ausreichend vorhanden und erfordert hohe Investitionen und Planungen. Die Transport- und Verteilnetze müssen an die spezifischen Eigenschaften und Anforderungen des Wasserstoffs angepasst werden, da dieser ein sehr leichtes, flüchtiges und brennbares Gas ist. Die Speicher- und Verbrauchseinrichtungen müssen ebenfalls an den Wasserstoff kompatibel sein und Sicherheitsstandards erfüllen.

Um die Infrastruktur für grünen Wasserstoff zu entwickeln, sind mehrere Möglichkeiten denkbar. Zum einen kann die bestehende Infrastruktur für fossile Energieträger wie Erdgas oder Erdöl teilweise oder ganz für den Wasserstoff genutzt werden, indem sie entsprechend umgerüstet oder erweitert wird. Zum Beispiel können bestehende Erdgasleitungen oder -speicher für den Wasserstofftransport oder -speicherung verwendet werden, wenn sie eine ausreichende Dichtigkeit und Materialbeständigkeit aufweisen.

Zum anderen kann die neue Infrastruktur für grünen Wasserstoff gezielt aufgebaut und an die lokalen Bedingungen und Bedürfnisse angepasst werden. Dies kann durch die Schaffung von regionalen oder lokalen Wasserstoffnetzen oder -inseln erfolgen, die eine dezentrale und flexible Versorgung mit grünem Wasserstoff ermöglichen. Zum Beispiel können Windparks oder Solaranlagen direkt mit Elektrolyseuren gekoppelt werden, die den Wasserstoff vor Ort produzieren und speichern. Der Wasserstoff kann dann über kurze Distanzen zu den Verbrauchern transportiert oder direkt vor Ort genutzt werden.

Die Regulierung ist ein weiterer entscheidender Faktor für die Förderung von grünem Wasserstoff. Die Regulierung umfasst sowohl die rechtlichen als auch die politischen Rahmenbedingungen, die die Produktion, den Transport, den Handel und den Verbrauch von grünem Wasserstoff beeinflussen. Die Regulierung für grünen Wasserstoff ist noch nicht einheitlich und konsistent gestaltet und variiert je nach Land oder Region. Die Regulierung kann sowohl Chancen als auch Hindernisse für grünen Wasserstoff darstellen, je nachdem, wie sie die Wettbewerbsfähigkeit, die Sicherheit und die Nachhaltigkeit von grünem Wasserstoff berücksichtigt. Um die Regulierung für grünen Wasserstoff zu verbessern, sind mehrere Maßnahmen möglich. Zum einen kann die Harmonisierung und Standardisierung der Regulierung auf nationaler und internationaler Ebene angestrebt werden, um einen fairen und transparenten Markt für grünen Wasserstoff zu schaffen. Zum Beispiel können gemeinsame Definitionen, Zertifikate, Qualitätskriterien oder Steuern für grünen Wasserstoff eingeführt werden, um seine Herkunft, Reinheit und Umweltverträglichkeit zu gewährleisten. Zum anderen kann die Unterstützung und Anreizsetzung für grünen Wasserstoff durch die Regulierung verstärkt werden, um seine Entwicklung und Verbreitung zu beschleunigen. Zum Beispiel können Subventionen, Förderprogramme, Quoten oder Abgaben für grünen Wasserstoff eingerichtet werden, um seine Kosten zu senken, seine Nachfrage zu erhöhen oder seine Emissionen zu reduzieren.

Grüner Wasserstoff ist eine vielversprechende Option für eine klimafreundliche Energieversorgung, die sowohl als Energieträger als auch als Rohstoff genutzt werden kann. Allerdings ist grüner Wasserstoff noch sehr teuer und steht vor vielen Herausforderungen, die seine Produktion, seinen Transport, seinen Handel und seinen Verbrauch betreffen.