Zwei verbundene Tropfen stellen symbolisch ein Wasserstoffmolekül dar.

Grüner Wasserstoff: Rohstoff der Zukunft?

Wasserstoff, insbesondere „grüner Wasserstoff“, gilt vielen als Energieträger der Zukunft und als zentrales Element für das Erreichen der langfristigen Klimaschutz-Ziele. Hier erfahren Sie alles zum alternativen Brennstoff und seiner Herstellung – und ob er unsere Mobilität verändern kann. (Bild: Adobe Stock)

Wasserstoff, insbesondere „grüner Wasserstoff“, gilt vielen als Energieträger der Zukunft und als zentrales Element für das Erreichen der langfristigen Klimaschutz-Ziele. Hier erfahren Sie alles zum alternativen Brennstoff und seiner Herstellung – und ob er unsere Mobilität verändern kann. (Bild: Adobe Stock)

Das und mehr erfahren Sie hier über grünen Wasserstoff:

  • Wasserstoff ist ein flexibel einsetzbarer und leicht transportierbarer Energieträger.
  • Wasserstoff wird als "grün" bezeichnet, wenn er unter Zuhilfenahme erneuerbarer Energien hergestellt wird.
  • Er kann zur Langzeitspeicherung von Energie genutzt werden.
  • Wasserstoff kommt als Kraftstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen zum Einsatz.
  • Das Netz an Wasserstoff-Tankstellen wächst nur sehr langsam.

Wasserstoff: Energieträger der Zukunft?

Wasserstoff gilt als ein Energieträger der Zukunft und manchen als eine der Lösungen für die Energiewende: Es ist das häufigste chemische Element (H) im Universum und liegt als Bestandteil des Wassers und fast aller organischen Verbindungen auf der Erde in nahezu unbegrenzter Menge vor. Als Energieträger besitzt es die höchste gewichtsbezogene Energiedichte: Ein Kilogramm Wasserstoff enthält fast so viel Energie wie drei Kilogramm Benzin. Eine Tonne Wasserstoff hat eine Energiemenge von etwa 33.330 Kilowattstunden. Das entspricht dem durchschnittlichen jährlichen Strom-Energieverbrauch von elf Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus (ohne Durchlauferhitzer).

Dies alles macht Wasserstoff als energetischen Rohstoff für neue Technologien und mögliche Entwicklungen interessant. Deutschland hat im Juni 2020 die „Nationale Wasserstoffstrategie“ verabschiedet, denn die Bundesrepublik will bei der Wasserstofftechnologie eine Vorreiterrolle spielen. Eines der Ziele der Wasserstoffstrategie ist es, klimabewusst hergestellten Wasserstoff, insbesondere aus erneuerbaren Energien, und seine Folgeprodukte als Schlüsselelemente der Energiewende zu etablieren. So sollen die CO2-Emissionen drastisch reduziert werden und in bestimmten Bereichen – speziell im Energiesektor – die Abkehr vom Kohlenstoff gelingen. Mittel- bis langfristig geht es laut Bundesministerium für Wirtschaft und Energie um einen Milliardenmarkt, um neue Wertschöpfungspotenziale und viele zukunftsfähige Arbeitsplätze. Eine europäische Studie schätzt, dass bis 2050 in der Wasserstoff-Industrie europaweit über 5,4 Millionen Arbeitsplätze und ein Jahresumsatz von 800 Milliarden Euro entstehen können.

Vom Wasser zum grünen Wasserstoff

Wasserstoff liegt als chemisches Element nur in gebundener Form vor, zum Beispiel in Verbindung mit Sauerstoff als Wasser (H2O) oder in Methan (CH4). Deshalb muss Wasserstoff in energieintensiven Verfahren aus diesen Stoffen abgespalten werden, beispielsweise durch Elektrolyse. Der so gewonnene Wasserstoff eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Industrie, in der Wärme- und Stromerzeugung oder in der Elektromobilität. Wasserstoff kann beispielsweise in der Glas-, Zement- und Stahlindustrie Brennöfen beheizen und dient als Treibstoff in Brennstoffzellen-Fahrzeugen.

Wird bei der Erzeugung des Wasserstoffs – unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie – ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen eingesetzt, spricht man von grünem Wasserstoff. Die Produktion ist somit CO2-frei und klimaneutral. Dadurch unterscheidet er sich von grauem Wasserstoff, der nicht CO2-neutral ist. Je nach Herstellungsverfahren unterscheidet man noch zwei andere Arten von Wasserstoff. Blauer Wasserstoff wird traditionell wie der graue hergestellt, das entstehende CO2 wird allerdings gebunden und nicht in die Atmosphäre abgegeben. Bei der Herstellung von türkisem Wasserstoff entsteht kein CO2, sondern fester Kohlenstoff. Dieses Verfahren ist nur CO2-neutral, wenn die thermische Energie aus erneuerbaren Energiequellen stammt und der Kohlenstoff dauerhaft nicht verbrannt wird.

Ein Symbolbild zeigt eine Weltkugel, auf der Windräder und ein grüner Wasserstofftank platziert sind. Daran hängt ein grünes Stromkabel.
Klimaneutral produzierter Wasserstoff kann helfen, den enormen Energiebedarf der Welt zu stillen. (Bild: Adobe Stock)

Grüne Energie für die Gasherstellung

Bei der Herstellung des grünen Wasserstoffs kommt mit „Power-to-Gas“ eine der sogenannten Power-to-X-Technologien (PtX-Technologien) zum Einsatz. Bei diesen Technologien wird Strom genutzt, um Energie (zum Beispiel aus erneuerbaren Energien) umzuwandeln – und zwar in eine Form, die für bestimmte Anwendungen nützlicher ist, also etwa Gase (Power-to-Gas), Wärme (Power-to-Heat) oder flüssige Energieträger (Power-to-Liquid). Bei Power-to-Heat beispielsweise wird Wärme erzeugt, um elektrische Überschüsse aus erneuerbaren Energien für die Wärmebereitstellung zu nutzen. Dadurch können im Wärmesektor fossile Energieträger ersetzt, und somit Emissionen eingespart werden. Bei Power-to-Liquid wird elektrischer Strom genutzt, um flüssige Energieträger herzustellen.

Der grüne Wasserstoff könnte also eine Antwort auf eines der zentralen Probleme bei den regenerativen Energien liefern: Wie lassen sich bedeutende Mengen von Strom aus erneuerbaren Energiequellen speichern? 

Dem grünen Wasserstoff kommt darüber hinaus als Verbindung zwischen den Energiequellen Strom und Gas eine besondere Rolle zu: In vielen Bereichen der Industrie, die sich schlecht elektrifizieren lassen, kann so indirekt grüner StromOpens an external link aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden. Damit wird es möglich, dass mithilfe erneuerbarer Energien alle Sektoren ihre CO2-Emissionen verringern können. Aktuell stammen allerdings 98 Prozent der weltweiten Wasserstoffproduktion aus fossilen Brennstoffen, meist Erdgas. Zudem ist die Herstellung von grünem Wasserstoff zurzeit noch kostenintensiv; je günstiger sich erneuerbarer Strom produzieren lässt und je weiter die Entwicklung der Wasser-Elektrolyse fortschreitet, umso mehr werden diese Kosten allerdings sinken.

Grüner Wasserstoff im Verkehr

Im Verkehr kann Wasserstoff in einigen speziellen Anwendungen ebenfalls zum Einsatz kommen: insbesondere im Flug- und Schiffsverkehr und Teilen des Straßenschwerlastverkehr. Hier ist Wasserstoff die Basis für synthetische Kraftstoffe und in der Brennstoffzelle, genauer: in der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Hier reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff, wobei elektrische Energie und Wärme entstehen. Brennstoffzellen arbeiten also vor Ort praktisch schadstoffrei, Stickoxide oder andere unerwünschten Verbrennungsprodukte entstehen nicht. Das Brennstoffzellensystem ist allerdings kostenintensiv, der Gesamtwirkungsgrad mit rein rechnerisch 30 Prozent relativ niedrig und das Wasserstoff-Tankstellennetz so gut wie nicht existent: Anfang 2021 existierten in Deutschland nur 92 öffentlich zugängliche Wasserstoff-Tankstellen.

 

Fazit

Grüner Wasserstoff ist also eine zusätzliche Option für die Verkehrswende, vor allem dort, wo batterieelektrische Antriebslösungen voraussichtlich technisch nicht sinnvoll sind. Dort ist man auch zukünftig auf gasförmige oder flüssige Kraftstoffe angewiesen. Flugzeuge beispielsweise können nicht so viele Batterien tragen, wie sie bräuchten, um abzuheben. Dort können Brennstoffzellen die Elektromobilität ergänzen und den Ausstoß von CO2 und anderen Luftschadstoffen massiv senken. 

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    Aktuell sind noch die NEFZ-Werte verpflichtend zu kommunizieren. Soweit es sich um Neuwagen handelt, die nach WLTP typgenehmigt sind, werden die NEFZ-Werte von den WLTP-Werten abgeleitet. Die zusätzliche Angabe der WLTP-Werte kann bis zu deren verpflichtender Verwendung freiwillig erfolgen. Soweit die NEFZ-Werte als Spannen angegeben werden, beziehen sie sich nicht auf ein einzelnes, individuelles Fahrzeug und sind nicht Bestandteil des Angebotes. Sie dienen allein Vergleichszwecken zwischen den verschiedenen Fahrzeugtypen. Zusatzausstattungen und Zubehör (Anbauteile, Reifenformat usw.) können relevante Fahrzeugparameter, wie z. B. Gewicht, Rollwiderstand und Aerodynamik, verändern und neben Witterungs- und Verkehrsbedingungen sowie dem individuellen Fahrverhalten den Kraftstoffverbrauch, den Stromverbrauch, die CO2-Emissionen und die Fahrleistungswerte eines Fahrzeugs beeinflussen.

    Weitere Informationen zum offiziellen Kraftstoffverbrauch und den offiziellen, spezifischen CO2-Emissionen neuer Personenkraftwagen können dem „Leitfaden über den Kraftstoffverbrauch, die CO2-Emissionen und den Stromverbrauch neuer Personenkraftwagen“ entnommen werden, der an allen Verkaufsstellen und bei der DAT Deutsche Automobil Treuhand GmbH, Hellmuth-Hirth-Str. 1, 73760 Ostfildern-Scharnhausen (www.dat.de/co2) unentgeltlich erhältlich ist.

    Effizienzklassen bewerten Fahrzeuge anhand der CO2-Emissionen unter Berücksichtigung des Fahrzeugleergewichts. Fahrzeuge, die dem Durchschnitt entsprechen, werden mit D eingestuft. Fahrzeuge, die besser sind als der heutige Durchschnitt werden mit A+++, A++, A+, A, B oder C eingestuft. Fahrzeuge, die schlechter als der Durchschnitt sind, werden mit E, F oder G beschrieben. Die hier gemachten Angaben beziehen sich jeweils auf die EG-Typgenehmigung des gewählten Modells und dessen Serienausstattung gem. Richtlinie 2007/46/EG. Von Ihnen im Zuge der Konfiguration gewählte Sonderausstattung kann dazu führen, dass Ihr konfiguriertes Modell aufgrund der gewählten Ausstattung einem anderen genehmigten Typ entspricht, als dies ohne gewählte Sonderausstattung der Fall wäre. Daraus können sich Abweichungen der Angaben für Ihr konfiguriertes Modell ergeben. Bei den angegebenen CO2-Werten handelt es sich um die Werte, die im Rahmen der Typgenehmigung des Fahrzeugs ermittelt wurden.