Das Potenzial von grünem Wasserstoff

Das „erneuerbare Molekül“: das Potenzial von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien

Erneuerbarer Wasserstoff und E-Kraftstoffe sind entscheidend für die vollständige Dekarbonisierung unserer Gesellschaft. Sie sind der einzige bekannte Weg zur Dekarbonisierung großer Teile unserer Schwerindustrie und unseres Transportwesens. Dies ist wichtig, um den globalen Temperaturanstieg bis zum Ende des Jahrhunderts auf 1,5 °C zu begrenzen.


Wasserstoff als Energieträger

Wasserstoff ist keine neue Kraftstoffquelle: Seine Eigenschaften als potenter und leichter Energieträger sind bekannt. Schon vor den ersten Stromnetzen des 19. Jahrhunderts wurde Wasserstoff für die Beleuchtung kleiner Räume und für die frühe Luftfahrt verwendet.

Heute wird Wasserstoff häufig als Ausgangsmaterial für die Ammoniakproduktion (hauptsächlich für Düngemittel), zur Raffination und für andere chemische Prozesse verwendet. Im Jahr 2018 umfasste der weltweite Markt für reinen Wasserstoff ca. 74 Mt. [1] Angesichts der künftigen Nachfrage nach Wasserstoff und wasserstoffbasierten E-Fuels als Ersatz für Fossilien wird sich diese Zahl voraussichtlich bis 2050 mindestens verzehnfachen. [2]

Die derzeitige Wasserstoffproduktion ist emissionsintensiv, da sie aus fossilen Brennstoffen stammt. Bei der Dampfreformierung von Erdgas wird beispielsweise Wasserstoff aus Methan erzeugt, während der Kohlenstoff als CO2 freigesetzt wird. Gegenwärtig macht allein die Produktion von fossilem Wasserstoff etwa sechs Prozent des weltweiten Erdgas- und zwei Prozent des weltweiten Kohleverbrauchs aus. Zwei Prozent aller weltweiten energiebezogenen Treibhausgasemissionen stammen aus der Produktion von Wasserstoff.

Erneuerbarer Wasserstoff ist vollständig kohlenstofffrei. Er wird durch die Nutzung erneuerbarer Energien erzeugt, um Wasser in einem Elektrolyseur in seine Elemente aufzuspalten, ohne dass Treibhausgasemissionen als Nebenprodukt anfallen. Daher kann fossiler Wasserstoff gegen erneuerbaren Wasserstoff auf vergleichbarer Basis ausgetauscht werden, um in naher Zukunft erhebliche Emissionsminderungen in der chemischen Industrie und anderen Schwerindustrien zu erzielen. Wasserstoff hat eine niedrige volumetrische Energiedichte, was ihn zu einem schwierigen Energieträger für den Transport macht. In Kombination mit Kohlenstoff oder Stickstoff kann er jedoch E-Kraftstoffe bilden.

 

E-Fuels als Lösung, um Schwertransporte zu dekarbonisieren

Durch ihre Dichte sind E-Kraftstoffe besser als Wasserstoff für die Dekarbonisierung von Schwertransporten geeignet – aber wie können sie hergestellt werden?

Erneuerbarer Wasserstoff in Kombination mit Kohlenstoff erzeugt erneuerbares Methanol oder Kerosin. Nachhaltiger – d. h. nicht fossiler – Kohlenstoff kann durch Kohlenstoffabscheidung aus einer hochkonzentrierten erneuerbaren Quelle gewonnen werden, z. B. aus der Vergasung oder Verbrennung von nachhaltig gewonnener Biomasse, von Bioabfällen oder aus der Biogasproduktion. Alternativ könnte erneuerbarer Wasserstoff auch aus atmosphärischem CO2 durch direkte Luftabscheidung gewonnen werden, diese Technologie ist gegenwärtig jedoch in ihrer Experimentierphase und sehr kostspielig.

Kombiniert mit Stickstoff, der etwa 78 Prozent unserer Atmosphäre ausmacht, kann erneuerbarer Wasserstoff zu erneuerbarem Ammoniak reagieren.

Diese Energieträger bieten im Vergleich zu reinem Wasserstoff eine deutlich höhere volumetrische Energiedichte.

Dank der Senkung der Kosten sind synthetisierte E-Kraftstoffe ein möglicher Weg für emissionsfreie Tiefseeschifffahrt und Luftfahrt, basierend auf Motoren und Kraftstoffinfrastruktur, die den heutigen sehr ähnlich sind.

E-Kraftstoffe sind weniger energieeffizient als Wasserstoff, der wiederum weniger energieeffizient als die Elektrifizierung ist. Daher müssen sich die Dekarbonisierungsstrategien zuerst auf die Elektrifizierung, dann auf erneuerbaren Wasserstoff und schließlich auf die Verwendung von E-Kraftstoffen in den Sektoren konzentrieren, die nicht direkt elektrifiziert werden können.

 

1   IEA, The Future of Hydrogen, 2019
2   Energy Transitions Commission, Making Mission Possible: Delivering a Net-Zero Economy, 2020