Wasserstoff ist eins der häufigsten vorkommenden chemischen Elemente auf der Erde. Es ist ein Bestandteil des Wassers, das 65 Prozent des menschlichen Körpers ausmacht, und eine der beiden Komponenten des Methans, das allgemein als Erdgas bekannt ist. Aber um es zu extrahieren und als alternative Energiequelle zu nutzen, ist Energie notwendig.

Es gibt viele Möglichkeiten, Wasserstoff herzustellen. Derzeit werden jedoch 96 Prozent des auf der Erde produzierten Wasserstoffs mit Hilfe der sogenannten Dampfreformierung aus Methan erzeugt. Unter Einsatz von Wärme und Wasserdampf wird aus Methan, einem potenten Treibhausgas, Wasserstoff extrahiert. Auf diese Weise erzeugter Wasserstoff wird als „brauner“ Wasserstoff bezeichnet. Wird das gleiche Verfahren wie für braunen Wasserstoff angewandt, aber das als Nebenprodukt entstehende CO₂ abgetrennt und gespeichert (Carbon capture and storage, CCS), so entsteht „blauer“ Wasserstoff. Eine andere Möglichkeit ist, Wasserstoff mittels Elektrolyse aus Wasser zu gewinnen. Bei diesem Verfahren wird Strom verwendet, um die Wasserstoffatome von den Wassermolekülen abzuspalten. Wenn dieser Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, spricht man von „grünem“ Wasserstoff, bei Verwendung von Atomstrom von „rosa“ Wasserstoff.

Von Farbe bis zu Düngemitteln – Wasserstoff spielt in verschiedenen Branchen, beispielsweise in der verarbeitenden Industrie oder der Landwirtschaft, bereits eine wichtige Rolle. Angesichts dieser vielseitigen Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff wird er von Regierungen und Unternehmen regelmäßig als die ultimative grüne Energiequelle angepriesen. Im britischen Zehn-Punkte-Plan für eine „grüne industrielle Revolution“ wird Wasserstoff 56-mal erwähnt, Windkraft hingegen nur 28-mal und Kernkraft 16-mal. Premierminister Boris Johnson sicherte 12 Milliarden Pfund an öffentlichen Geldern zu und schätzt, dass der private Sektor in den nächsten neun Jahren dreimal so viel investieren wird, um den Übergang zu einer grünen Wirtschaft zu bewerkstelligen. Der britische Plan geht davon aus, dass Wasserstoff eine wesentliche Komponente des zukünftigen alternativen Energiemix sein wird.

Stahlbau und Schifffahrt könnten CO₂-Fußabdruck massiv senken

Zu den wichtigsten Stärken von Wasserstoff gehört sein Potenzial bei der Stahlproduktion, die für sieben Prozent der weltweiten Emissionen verantwortlich ist, als Alternative zu Kohle zu fungieren. Einige der größten europäischen Stahlhersteller haben ihre Absicht bekundet Wasserstoff zu nutzen, um ihre CO₂-Emissionen zu reduzieren. Dies könnte andere große Emittenten, wie beispielsweise die Schifffahrt, dazu ermutigen, den Einsatz von Wasserstoff zur Verringerung ihres CO₂-Fußabdrucks in Betracht zu ziehen.

Dem Masseneinsatz von Wasserstoff stehen jedoch noch mehrere Hindernisse im Wege. Erstens ist es mit großen Herausforderungen verbunden, den Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu erhöhen. Um die Treibhausgasemissionen zu senken, müssen wir unsere Abhängigkeit von fossilen auf erneuerbare Energieträger verlagern. Derzeit stammen nur 29 Prozent der weltweiten Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen. Um die Menge an „grünem“ Wasserstoff zu erzeugen, die für den weltweiten Umstieg auf grüne Energien erforderlich ist, bräuchte man eine Strommenge, die 4/5 der weltweiten Stromproduktion im Jahr 2020 entspricht, so die jüngste Roadmap „Net Zero by 2050“ der Internationalen Energieagentur. Wenn dieses Hindernis nicht überwunden wird, besteht das Risiko, eine „doppelte Erwärmung“ zu schaffen, weil zum einen nicht genügend Wasserstoff produziert wird, um die Emissionsziele zu erreichen, und zum anderen eine größere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen besteht, um Elektrolyseure zu betreiben oder die Dampfreformierung durchzuführen.

Beim Übergang zu einer Netto-Null-Wirtschaft wird die Stromnachfrage, getrieben durch neue Produkte wie Elektroautos, ansteigen. Diese Nachfrage auf nachhaltige Weise zu befriedigen, wird eine Herausforderung sein, da unsere derzeitigen erneuerbaren Energiequellen bereits unter Druck stehen. In Europa werden regenerative Energien benötigt, um in die Jahre gekommene Kernkraftwerke sowie stillgelegte Kohle- und Gaskraftwerke zu ersetzen. In anderen Ländern, wie China oder Indien, erhöht der Bevölkerungsdruck die Nachfrage nach zuverlässiger und sauberer Energie. Im Gegensatz zu Europa investieren diese Länder in neue Kernkraftwerke, die einen wesentlichen stabilisierenden Faktor in der kohlenstoffarmen Stromversorgung darstellen werden, zumal die Energienachfrage in diesen Ländern weiterhin rasant ansteigt.

Größte Wasserstoff-Befürworter im Öl- und Gassektor

In Anbetracht der Herausforderungen, vor denen wir stehen, um ausreichend kohlenstoffarmen Strom für die Wasserstofferzeugung zu produzieren, ist es nicht überraschend, dass die größten Befürworter von Wasserstoff im Öl- und Gassektor zu finden sind. Die Unternehmen mit dem größten Kohlenstoff-Fußabdruck haben schnell erkannt, dass Wasserstoff das Potenzial hat, neue Geschäftsmöglichkeiten zu schaffen, insbesondere für Erdgas. Infolgedessen stellen sie ihre alten Geschäftsmodelle auf blauen Wasserstoff um und erstellen ehrgeizige Entwicklungspläne für die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung. Aber wenn wir auf blauen Wasserstoff setzen, besteht dann nicht die Gefahr, dass wir am Ende mit mehr braunem Wasserstoff dastehen?

Weiterhin Hürden für Entwicklung der Wasserstoff-Energie

Die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS), bei der Treibhausgas-emissionen aufgefangen und in den Boden zurückgeleitet werden, hat das Potenzial, die Produktion von kohlenstoffarmem Wasserstoff aus Erdgas zu beschleunigen. Derzeit macht blauer Wasserstoff jedoch aufgrund der hohen Kosten und der logistischen Herausforderungen nicht einmal ein Prozent der weltweiten Wasserstoffproduktion aus. Angesichts der aktuellen Entwicklungen wird es schwierig sein, bis 2050 genügend blauen Wasserstoff zu produzieren, um den weltweiten Energiebedarf zu decken.

Ein anderer limitierender Faktor für die Entwicklung der Wasserstoff-Energie ist die Abhängigkeit von Nickel für die Herstellung von Elektrolyseuren, das gleichzeitig auch eine wichtige Komponente in Elektroautobatterien ist – ein weiterer Bereich, in dem das Netto-Null-Ziel ein massives Wachstum antreiben wird. Wie sollen wir genügend Elektrolyseure produzieren, um den Bedarf an „grünem“ Wasserstoff zu decken, und gleichzeitig genügend Elektrofahrzeuge herstellen, um die wachsende Nachfrage der Verbraucher zu befriedigen? Die Net-Zero-Roadmap der IEA schätzt, dass wir die Elektrolyseur-Kapazität bis 2030 von heute 0,3 GW auf 850 Gigawatt (GW) ausbauen müssen.

Um Wasserstoff in eine kohlenstoffneutrale Wirtschaft zu integrieren, müssen wir zwei grundlegende Fragen klären: Wie werden Elektrolyseure produziert und womit werden sie betrieben? Die Skalierung von Wasserstoff würde einen Strombedarf schaffen, den wir mit erneuerbaren Energiequellen allein kaum decken können. Stattdessen müssen wir beim Einsatz von Wasserstoff strategisch vorgehen, damit wir die maximale Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu geringsten Kosten erreichen. Zum Beispiel könnten Lastwagen durch elektrisch betriebene Züge ersetzt werden, während Schiffe, die zu groß für einen Elektroantrieb sind, von weiteren Investitionen in wasserstoffbetriebene Schiffe profitieren könnten.

Große Investitionen in die Wasserstoffproduktion stehen bevor

Wenn wir es mit dem Potenzial von Wasserstoff ernst meinen, sind größere Investitionen in die vielen Schattierungen von Wasserstoff erforderlich, um seine Skalierbarkeit zu gewährleisten. Wir müssen unsere globale Stromproduktion erhöhen, aber auf nachhaltige Weise, indem wir das Spektrum der uns zur Verfügung stehenden kohlenstoffarmen Energiequellen nutzen. Wasserstoff mag das kleinste Element sein, aber er hat das Potenzial, eine enorme Rolle bei unserem Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft zu spielen.