Wasserstoff – Chancen und Gefahren für den Klimaschutz

Was kann Wasserstoff?

Wasserstoff hat zwei wichtige Verwendungszwecke, die ihn so interessant machen:

– Energiespeicher: Wasserstoff kann unter Einsatz von Energie hergestellt werden. Diese wird bei der Reaktion mit Sauerstoff dann wieder freigesetzt. So kann sehr viel Energie gespeichert werden, die dann entweder bei der Verbrennung als Wärme frei wird oder in einer Brennstoffzelle als Strom genutzt werden kann. Das Potenzial von Wasserstoff als Energiespeicher ist besonders groß, weil Wasser als Rohstoff in größerer Menge zur Verfügung steht als andere Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium für Akkus. Außerdem lässt sich das Gas gut über einen langen Zeitraum lagern. Ein Beispiel für die große Kraft, die Wasserstoff speichern kann, ist die europäische Weltraum-Rakete „Ariane“: Sie fliegt mit flüssigem Wasserstoff.

– Chemischer Rohstoff: Wasserstoff ist ein sogenanntes Reduktionsmittel. Diese Eigenschaft lässt sich am besten an einem Beispiel verdeutlichen: Wenn Eisen verrostet, spricht man von einer Oxidation; Eisen reagiert dabei mit Sauerstoff zu Eisenoxid. Die Umkehrreaktion ist die Reduktion von Eisenerz zu Eisen. Die kann mit Reduktionsmitteln wie Koks (ein aus Kohle hergestellter Brennstoff) oder Wasserstoff durchgeführt werden. Solche Reaktionen sind auch für die Herstellung von vielen anderen Stoffen wir Plastik, Benzin und Dünger wichtig. Durch Wasserstoff könnte Koks in Stahlhütten und fossiles Gas in Chemiewerken ersetzt werden.

Wofür wird Wasserstoff heute eingesetzt?

Wasserstoff wird heute vor allem in der chemischen Industrie eingesetzt. Wichtige Anwendungsgebiete sind die Herstellung von Kunstdünger und die Verarbeitung von Gas und Öl in Raffinerien. Der in der chemischen Industrie eingesetzte („graue“) Wasserstoff stammt dabei größtenteils aus fossilem Gas und Kohle. Bei seiner Herstellung werden große Mengen CO₂ frei. Ein Ersatz durch nachhaltigen Wasserstoff könnte daher einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz in der Industrie leisten.

Wie wird aus Wasserstoff wieder Strom und Wärme?

Für die Gewinnung von Strom aus Wasserstoff kann eine sogenannte Brennstoffzelle verwendet werden, bei der Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert und ohne Verbrennung zusammengeführt werden. Einige Jahre lang galten Brennstoffzellen als möglicher Antrieb für Autos, LKWs und Züge auf Strecken ohne Oberleitung. Doch Batterien sind effizienter und nach heutigem Stand der Technik auch fast immer günstiger.

Außerdem kann man Wasserstoff auch in speziellen Kraftwerken zur Wärmegewinnung verbrennen – im großen Stil ist das jedoch bisher noch nicht umgesetzt worden. Wissenschaftler:innen gehen davon aus, dass erst ab 2030 zu 100% wasserstofffähige Gaskraftwerke marktreif sind. Heutzutage gibt es noch nicht mal genug Wasserstoff, um solche Turbinen mehr als wenige Stunden lang zu testen. In Deutschland wird seit längerem diskutiert, ob Wasserstoffkraftwerke als Back-up Lösung im Stromsystem dienen können. Das wäre aber sehr teuer und nur akzeptabel, wenn es sich dabei um grünen, regionalen Wasserstoff handeln würde. Viel dringender wird Wasserstoff in Industriekraftwerken benötigt, um hohe Temperaturen zu generieren, z.B. zur Stahlproduktion.

Welche Chancen bietet Wasserstoff für den Klimaschutz?

Wasserstoff sollte vor allem dann eingesetzt werden, wenn es keine effizientere, elektrische Alternative gibt. So ein Beispiel ist die Produktion von Stahl, in der viel Koks ersetzt werden könnte. Dieses Beispiel zeigt aber zugleich, dass es auch mit Wasserstoff wichtig ist, unseren Verbrauch an Ressourcen insgesamt zu reduzieren: Der Bedarf an grünem Wasserstoff alleine durch die Stahlindustrie (ca. 80TWh) wäre höher als der in Deutschland erzeugte Solarstrom (51TWh), die Chemieindustrie benötigt nochmal ähnlich viel Wasserstoff (ca. 60TWh). Beim Stahl könnten Ressourcen durch eine höhere Recyclingquote gespart werden, in der Chemieindustrie könnte Dünger durch Bio-Landbau gespart und der Benzin-Bedarf durch eine konsequente Verkehrswende reduziert werden.