Aus Expertensicht: Fragen & Antworten zum Thema Wasserstoff

Wasserstoff ist neben Strom der zentrale Sekundärenergieträger der Zukunft. Seine Verwendung ist vielseitig: in Form von Wärme (bei sehr hohen Temperaturen), elektrisch (Brennstoffzelle) oder chemisch (als Baustein für Moleküle). Wenn die Gewinnung des Wasserstoffs treibhausgasneutral erfolgt, ist die Nutzung damit frei von CO₂-Emissionen. Das ist der zentrale Vorteil.

Die Industrie kann Wasserstoff nicht einfach abbauen oder fördern, wie es in den letzten Jahrzehnten mit den fossilen Kohlenstoffverbindungen in Form von Kohle, Erdöl und Gas geschah. Heute wird Wasserstoff noch aus Erdgas gewonnen. Dessen Hauptbestandteil, Methan, besteht aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen. Bei der Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas entsteht also CO₂. Dieser Wasserstoff wird überwiegend in Raffinerien, der Chemieindustrie und zur Düngemittelherstellung eingesetzt.

Der treibhausgasneutrale Wasserstoff der Zukunft muss erneuerbar erzeugt werden. Für das aus heutiger Sicht vielversprechendste Verfahren, der Spaltung von Wasser (Elektrolyse) benötigen wir elektrischen Strom, Wasser, Elektrolyseure und eine Transportinfrastruktur.

Die Spaltung des Wassers ist mit Verlusten in Höhe von etwa einem Drittel des eingesetzten Stromes verbunden. Weitere Verluste entstehen bei nachgelagerten Prozessen wie Verdichtung, Lagerung und Transport sowie Verwendung des Wasserstoffs.

Es gibt Überlegungen, Wasserstoffgewinnung treibhausgasarm zu gestalten, indem man Kohlenstoff oder CO2 abscheidet und dauerhaft unterirdisch lagert. Auf diesem Weg entsteht der sognannte „blaue Wasserstoff“.

Allerdings lässt dieser Pfad bereits verschiedene Limitationen erkennen (wie z.B. technische Herausforderungen, begrenzte CO₂-Endlagerstätten, Vorkettenemissionen der Erdgasförderung, Endlichkeit der Erdgasressourcen). Daher ist klar: Der blaue Wasserstoff kann lediglich ein Brückenpfeiler in die klimaneutrale Zukunft sein.

Wir gehen davon aus, dass Wasserstoff ein hochwertiger, knapper Energieträger sein wird, der überall dort zum Einsatz kommen könnte, wo die günstigere und effizientere direkte Stromverwendung nicht zum Ziel führt.

Auch mit dieser effizienzorientierten Einsatzstrategie wird Wasserstoff bereits in großen Mengen benötigt. Insbesondere um das Stromsystem abzusichern, industrielle Anwendungen und einen Teil des Schwerlast- und des Flugverkehrs klimaneutral zu machen (im Flugverkehr größtenteils durch strombasierte flüssige Energieträger, zu deren Erzeugung Wasserstoff benötigt wird). Ihren Einsatz sehen wir beispielsweise als Chemiebaustein, in Industrieprozessen, in der Düngemittelherstellung oder als Energiespeicher.

Nur ein Teil, etwa ein Drittel, wird nach unserer Einschätzung inländisch erzeugt werden können, das sind 19 TWh im Jahr 2030 und 84 TWh im Jahr 2050. Dafür müssen im Jahr 2030 bereits etwa 10.000 Megawatt Elektrolysekapazität in Deutschland in Betrieb sein, das doppelte vom aktuellen Zielwert der nationalen Wasserstoffstrategie.

Zum Vergleich: Ein Automobilwerk wie das von TESLA bei Berlin hat einen Leistungsbedarf von rund 400 Megawatt. Allerdings existieren bereits heute zahlreiche regionale Wasserstoffstrategien in Deutschland, die in Summe auf deutlich mehr Elektrolysekapazität kommen als in der nationalen Wasserstoffstrategie angenommen. Die europäische Wasserstoffstrategie sieht eine Elektrolysekapazität in Höhe von 40.000 Megawatt – für die EU – bis zum Jahr 2030 vor.

Aufgrund des begrenzten inländischen Flächenpotenzials muss der größte Anteil, etwa zwei Drittel der Nachfrage, aus Regionen mit günstigeren Erzeugungspotenzialen für erneuerbaren Strom importiert werden. In diesen Ländern müssten dann Stromerzeugungskapazitäten in der Größenordnung des heutigen deutschen Stromverbrauchs errichtet werden – eine große Herausforderung.