Im Jahr 1766 machte der britische Naturwissenschaftler Henry Cavendish eine bahnbrechende Entdeckung: Als er Quecksilber und Säure vermischte, bildeten sich kleine Gasbläschen – die beim Verbrennen Wasser hinterließen. Damit hatte er das älteste, häufigste und leichteste Element im Universum enttarnt: Wasserstoff, von Cavendish „brennbare Luft“ genannt.

Bis jetzt blieb das enorme Potenzial des Elements als sauberer Energieträger jedoch ungenutzt: Produktion, Lagerung und Transport waren extrem teuer. Viele Experten hatten Wasserstoff nicht als ernsthafte Alternative zu fossilen Brennstoffen auf dem Radar. Mehr als 250 Jahre nach Cavendishs Entdeckung ändert sich das nun: Weltweit investieren Regierungen und Unternehmen – darunter Strom- und Gaserzeuger, Versorger und Autohersteller – verstärkt in die Entwicklung neuer wasserstoffbasierter Technologien.

Dieses Engagement kommt nicht von ungefähr. Fortschritte in der Forschung lassen darauf hoffen, dass die Kosten für die Wasserstofferzeugung bald so stark sinken könnten wie die von Wind- und Solarenergie in den vergangenen Jahren. Dadurch dürfte es einfacher werden, Wasserstoff in den CO₂-freien Energiemix zu integrieren, so das Advisory Board von Pictets Clean Energy Strategie.

Wasserstoff – ein farbenfrohes Element

Die Herausforderung: Wasserstoff ist zwar das im Universum mit Abstand häufigste chemische Element, kommt in seiner reinen Form aber nicht in der Atmosphäre vor. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, das Gas zu gewinnen – und alle sind kompliziert und kostspielig. Heute sind rund 95 Prozent des Wasserstoffs „braun“ oder „grau“, werden also aus Kohle oder Erdgas gewonnen. Bei dem als Reformierung bezeichneten Prozess wird Methan oder Kohlenwasserstoff in Wasserstoff umgewandelt. Die Experten vom Advisory Board schätzen, dass bei diesen industriellen Prozessen 11 kg CO₂ an indirekten Emissionen entstehen – nur um 1 kg Wasserstoff zu erzeugen.

Umweltfreundlicher ist blauer Wasserstoff, der einen viel kleineren CO₂-Fußabdruck hat. Das Verfahren für die Gewinnung dieser Variante beginnt genauso wie bei braunem und grauem Wasserstoff. Sie unterscheidet sich jedoch dadurch, dass ein weiterer Prozess hinzukommt, mit dem die CO₂-Emissionen reduziert werden: Mithilfe der CCS-Technologie (Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) wird das Nebenprodukt Kohlenstoff in Behältern unter der Erde gespeichert.

Das ist nicht gerade günstig (siehe Abbildung) und ebenfalls nicht komplett emissionsfrei. Zwar wird blauer Wasserstoff allmählich kosteneffizienter. Um wettbewerbsfähig zu werden, müssten aber die CO₂-Preise – oder andere Kosten, die CO₂-Verursacher tragen müssen – auf rund 60 bis 70 Euro pro Tonne festgesetzt und die CCS-Technologie kommerziell nutzbar gemacht sowie in industriellem Maßstab ausgebaut werden.

Angesichts der Schwächen von braunem, grauem und blauem Wasserstoff im Hinblick auf die Umweltbilanz ist grüner Wasserstoff die nachhaltigste Lösung. Dieser wird mittels Wasserelektrolyse gewonnen. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom, der aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne erzeugt wird, in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Weil dabei keine CO₂-Emissionen entstehen, wird das Verfahren als „grün“ bezeichnet.

Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff nach Herstellungsverfahren

Kapazität für grünen Wasserstoff deutlich gestiegen – EU investiert massiv

Weltweit ist die Produktionskapazität für grünen Wasserstoff nach Angaben der Internationalen Energieagentur von 1 MW im Jahr 2010 bis 2019 auf 25 MW gestiegen. Grund dafür ist der drastische Rückgang der Kosten für erneuerbare Energien. Das Problem ist nur, dass bislang weniger als 0,1 Prozent der gesamten Wasserstoffproduktion nach diesem Verfahren erfolgt.

Wenn jedoch stärker in die Technologie investiert wird, könnte sich das in den kommenden zehn Jahren grundlegend ändern. Die Europäische Union, die ein ehrgeiziges Ziel für die CO₂-Reduktion verfolgt, strebt mit ihrer Wasserstoffstrategie die Installation von zunächst 6 GW grüner Wasserstoffkapazität für geschätzte 5 bis 9 Milliarden Euro an. Bis 2030 steht der Ausbau auf 80 GW auf dem Plan – 40 GW in Europa und 40 GW in angrenzenden Ländern, die in die EU exportieren. Dafür stehen 44 Milliarden Euro bereit. Die Investitionen in Wasserstoff aus erneuerbaren Energien könnten in Europa bis 2050 auf bis zu 470 Milliarden Euro steigen – und der Wasserstoffanteil im europäischen Energiemix von derzeit weniger als 2 Prozent auf 13 bis 14 Prozent klettern.