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Zukunftstechnologien

Wasserstoff – das neue Öl?

Wasserstoff gilt vielen als nachhaltiger Heilsbringer der Energiewende. Doch was kann der Energieträger wirklich und welche Chancen bietet der Ausbau der Wasserstofftechnologie deutschen Unternehmen? Eine Bestandsaufnahme.

800 PS, Höchstgeschwindigkeit 250 km/h, von 0 auf 100 in unter drei Sekunden – was auf den ersten Blick eher nach einem klimaschädlichen Anachronismus klingt, könnte die umweltfreundliche Zukunft des Automobilrennsports sein. Denn die Leistungsdaten gehören zu einem Prototyp der sogenannten HYRAZE League – der weltweit ersten Wasserstoff-Automobilrennserie. Entsprechend steht das HY im Namen für „Hydrogen“, also Wasserstoff, RA für „Racing“ und ZE für „Zero Emission“ gleich null Schadstoffausstoß. Alle Fahrzeuge, die ins Rennen wollen, dürfen ausschließlich von Elektromotoren angetrieben werden, deren Strombedarf während der Fahrt von zwei Brennstoffzellen mithilfe von Wasserstoff produziert wird. Hinter der innovativen Rennserie, die 2023 an den Start gehen soll, stecken der Motorsportspezialist HWA, der Automobilzulieferer Schaeffler, der ADAC, die DEKRA, der Deutsche Motor Sport Bund und der eSports-Weltverband WESA – ein Ziel der Rennserie ist es, realen und virtuellen Motorsport zu verbinden. Die HYRAZE League soll aber nicht nur den Motorsport „auf ein ganz neues Level heben“ und für mehr Popularität und neue Fans sorgen, sondern „bei der Wasserstofftechnologie und der Emissionsfreiheit einmal mehr eine Vorreiterrolle für die Entwicklung von Straßenfahrzeugen einnehmen“, sagt HWA-Vorstand Ulrich Fritz.

 

Der Stoff, aus dem die Träume sind

Doch Wasserstoff ist mehr als der Kfz-Kraftstoff von morgen. „Technisch gesehen ist Wasserstoff eine eierlegende Wollmilchsau, er kann alles“, fasst es fast schon euphorisch Professor Michael Sterner, Leiter der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher an der Ostbayerischen Technischen Hochschule in Regensburg, zusammen. Vor allem ermöglichen das chemische Element, welches im Periodensystem der Chemie mit einem einfachen H abgekürzt wird, und seine Folgeprodukte, dort klimaschädliche CO2-Emissionen deutlich zu verringern, wo Energieeffizienz und die direkte Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien dafür nicht ausreichen: im Verkehr und in bestimmten Industriebereichen.

 

Stichwort mobile Brennstoffzelle. Im Gegensatz zu Batterien lassen sich Wasserstofftanks in wenigen Minuten vollständig laden und sind vergleichsweise leicht. Wichtige Einsatzgebiete sehen Experten deshalb im öffentlichen Nahverkehr sowie beim Gütertransport auf der Straße, der Schiene und dem Wasser. In Niedersachsen und Hessen sind bereits abseits von Oberleitungsstrecken wasserstoffbetriebene Züge unterwegs. Airbus plant, bis 2035 das erste wasserstoffbetriebene emissionsfreie Verkehrsflugzeug an den Start zu bringen – „Flugscham“ ade!

 

Stichwort Dekarbonisierung. Wasserstoff kann zum Beispiel als Grundstoff für andere gasförmige und flüssige synthetische Energieträger und Grundchemikalien dienen, etwa für Raffinerien oder die chemische Industrie. Zudem kann es zu emissionsärmeren Produktionsprozessen in der Stahlindustrie und der Metallverarbeitung beitragen.

 

Im besten Fall werden alle Bereiche im Rahmen einer sogenannten Sektorkopplung miteinander vernetzt. Ein Beispiel: Der bei der Produktion von grünem Wasserstoff anfallende Sauerstoff könnte künftig mithilfe des sogenannten „Oxyfuel-Verfahrens“ bei den Verbrennungsprozessen in Zementwerken genutzt werden. Damit würden dort die Stickoxidemissionen deutlich reduziert. Die bei der Wasserstoffproduktion entstehende Prozesswärme könnte in ein Wärmenetz eingespeist werden und zur Beheizung von Wohnungen beitragen. Das im Zementwerk entstandene Kohlendioxid könnte wiederum in einer Raffinerie zusammen mit dem grünen Wasserstoff als Rohstoff zur Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen genutzt werden, etwa als Flugkraftstoff.

Nachhaltig vernetzt mit Wasserstoff

Mit grünem Wasserstoff können im Rahmen einer sogenannten Sektorkopplung die Bereiche Wärmeversorgung, Stromversorgung und Verkehr intelligent vernetzt werden – ohne den Einsatz fossiler Brennstoffe.

Quelle: energie-für-immer.de

Alle Zeichen auf Grün

Voraussetzung dafür, dass Wasserstoff seine klimaschonende Wirkung entfalten kann, ist, dass er CO2-frei produziert wird. Wasserstoff wird gewonnen, indem man Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufspaltet. Dafür muss viel Energie eingesetzt werden. Entscheidend für die Klimafreundlichkeit ist, wo diese Energie herkommt. Hier wird zwischen grauem, blauem und grünem Wasserstoff unterschieden:

 

  • Grauer Wasserstoff wird mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas produziert. Dabei entsteht eine Menge klimaschädliches CO2. Rund 99 Prozent des hierzulande und weltweit produzierten Wasserstoffs fallen aktuell noch in diese Kategorie.
  • Blauer Wasserstoff basiert ebenfalls auf fossilen Energieträgern, auch hier überwiegend Erdgas. Im Unterschied zum grauen Wasserstoff wird bei diesem Verfahren das entstehende CO2 eingefangen und unterirdisch gelagert. Es kann dann unter anderem für andere chemische Prozesse verwendet werden. Blauer Wasserstoff gilt deshalb in der Gesamtbilanz als CO2-neutral und kann zumindest in einer Übergangsphase einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen leisten.
  • Grüner Wasserstoff wird mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien über Elektrolyse erzeugt. Das Verfahren wird auch als Power-to-Gas bezeichnet und produziert kein klimaschädliches CO2.

 

Wasserstoff lässt sich ohne Probleme unterirdisch in Salzstöcken, Gasdrucktanks oder in flüssiger Form speichern. Deshalb könnte Wasserstoff auch eine Schlüsselrolle bei der langfristigen Speicherung erneuerbarer Energien zufallen. So ließen sich etwa die Produktionsspitzen aus der Windkraft als Wasserstoff speichern und verteilen. Der Transport erfolgt zum Beispiel über Erdgaspipelines. Die Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber Gas stellte schon vor etlichen Monaten ein 5.900 Kilometer langes Wasserstoffnetz vor.

 

Neun Milliarden Euro Förderung

Um das Thema Wasserstoff voranzubringen, hat die Bundesregierung am 10. Juni 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie verabschiedet und setzt dabei vor allem auf grünen Wasserstoff. Oberstes Ziel: Deutschland soll mithilfe der im Prinzip unbegrenzt verfügbaren Energiequelle die Energiewende schaffen und seine Klimaziele erreichen. Gleichzeitig soll mit der Strategie die Wettbewerbsfähigkeit der heimischen Industrie gefördert werden: „Wir müssen heute die Weichen dafür stellen, dass Deutschland bei Wasserstofftechnologien die Nummer 1 in der Welt wird“, betont Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier. Um dies zu erreichen, stellt die Bundesregierung mehr als sieben Milliarden Euro zur Verfügung. Damit sollen bis 2030 Produktionsanlagen von bis zu fünf Gigawatt Gesamtleistung entstehen – und der Einsatz von Wasserstoff in den Bereichen Verkehr, Wärme und Industrie gefördert werden. Hinzu kommen zwei Milliarden Euro für Kooperationen zum Import von Wasserstoff. Für die richtigen Impulse soll das im Herbst gegründete Forschungsnetzwerk Wasserstoff mit mehr als 1.000 Mitgliedern aus Industrie und Forschung sorgen.

 

Chancen auch für den Mittelstand

„Die Nationale Wasserstoffstrategie wird in erster Linie integrierte Projekte unterstützen, die die gesamte Wertschöpfungskette von der Erzeugung über den Transport bis hin zur Verwendung von Wasserstoff abdecken. Davon werden als Bestandteil dieser Wertschöpfungskette auch die innovativen kleinen und mittleren Unternehmen in Deutschland in großem Umfang profitieren. Sei es als Zulieferer oder auch als Teilnehmer auf der ersten Ebene“, teilte das Bundeswirtschaftsministerium auf Anfrage von Perspektiven mit. Bereits 2019 wurde der erste Ideenwettbewerb für Reallabore zur Energiewende gestartet, unter anderem für den Bereich „Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien“. Das BMWi hat dafür Fördermittel in Höhe von bis zu 100 Millionen Euro pro Jahr vorgesehen. „An den ausgewählten Projektkonsortien sind auch KMU beteiligt“, so das Ministerium. Aktuell werde eine neue Förderung zur angewandten Forschung und Entwicklung von Wasserstofftechnologien vorbereitet, die in besonderer Weise KMU adressieren soll.

 

Ein Beispiel für die Zusammenarbeit von Forschung und Industrie in Sachen Wasserstoff ist das Reallabor „WESTKÜSTE100“ in Schleswig-Holstein. Der Fokus liegt dort auf der Erzeugung von Wasserstoff mithilfe von Offshore-Windenergie. Forscher testen, wie die Einspeisung des so gewonnenen Wasserstoffs in das Gasnetz, sein sicherer Transport sowie seine zuverlässige Speicherung in einer unterirdischen Kaverne gelingen kann. Darüber hinaus untersuchen die Projektpartner, wie das Nebenprodukt Sauerstoff den Verbrennungsprozess eines Zementwerks emissionsärmer und damit klimafreundlicher machen kann. Überdies wird das im Verbrennungsprozess entstehende Kohlenstoffdioxid als Rohstoff eingesetzt, um den chemischen Grundstoff Methanol herzustellen. Ganz im Sinne der eierlegenden Wollmilchsau.

 

Die Investitionen in den klimafreundlichen Alleskönner könnten sich bezahlt machen: Allein für Deutschland rechnet eine Studie von Frontier Economics und dem Institut der deutschen Wirtschaft (IW) mit Wertschöpfungseffekten in Höhe von 27 Milliarden Euro und der Chance zur Schaffung von 350.000 Arbeitsplätzen.

 

„Deutsche Unternehmen sind in diesem Bereich bereits sehr gut aufgestellt, etwa bei der Brennstoffzelle und der Elektrolyse für die grüne Wasserstofferzeugung“, betont das Bundeswirtschaftsministerium. Diesen Vorsprung gilt es nun auszubauen.

  • Bildnachweise

    Aufmacher-Animation: HWA AG; Grafik: iStockphoto (Artis777/ PavelVinnik/ Tetiana Lazunova / Valsur/ Viktoria Kurpas)

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