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Grüner Wasserstoff : Das Erdöl von morgen

Der grüne Wasserstoff verbreitet sich: In Deutschland sind derzeit 91 Wasserstofftankstellen in Betrieb, weitere saubere Zapfsäulen sollen folgen. Bild: ddp

Grüner Wasserstoff hat das Potential die fossilen Energieträger abzulösen. Doch noch besteht viel Forschungsbedarf, etwa bei der Frage nach günstigen Katalysatoren für die Wasserelektrolyse.

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          Wasserstoff ist das Gas, von dem Klimaschützer, Energieexperten und mittlerweile viele Politiker hierzulande träumen, weil es helfen könnte, die CO₂-Emissionen drastisch zu senken. In den kommenden Jahrzehnten soll das Gas die fossilen Energieträger Kohle und Öl ablösen. Das leichteste aller Elemente könnte herkömmliche Kraftstoffe ersetzen und emissionsfreie Autos ermöglichen, die mit Brennstoffzellen betrieben werden. Vor allem soll Wasserstoff als chemischer Energiespeicher dienen, um den Strom aus den fluktuierenden Quellen Wind und Sonne zu speichern. Einige Großkonzerne wollen auf den Wasserstoffzug aufspringen. So plant ThyssenKrupp seine Hochöfen zur Stahlerzeugung künftig statt mit Kohle mit Wasserstoff zu befeuern.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Um den Weg in eine Wasserstoffgesellschaft zu ebnen, hat die Bundesregierung in ihrem Konjunkturpaket neun Milliarden Euro lockergemacht und die Nationale Wasserstoffstrategie ins Leben gerufen – mit dem ehrgeizigen Ziel, „grünen“, also CO₂-frei erzeugten Wasserstoff möglichst schnell marktfähig zu machen. Allerdings gibt es bis dahin noch einige Stellschrauben zu justieren, insbesondere bei der Wasserstofferzeugung per Elek­trolyse. Wasserstoff ist gegenüber konventionellen Brennstoffen noch immer nicht konkurrenzfähig. Denn die großtechnische Spaltung von Wasser in dessen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff ist zu teuer und rechnet sich noch nicht. Nutzt man fluktuierende Stromquellen wie Wind- und Sonne, treten weitere Probleme auf.

          Versuchsaufbau zur Elektrolyse. Hier wird Wasser aufgespalten in Sauerstoff
und Wasserstoff.
          Versuchsaufbau zur Elektrolyse. Hier wird Wasser aufgespalten in Sauerstoff und Wasserstoff. : Bild: DLR

          Tatsächlich erfüllt Wasserstoff  alle Kriterien, die man an einen Brennstoff der Zukunft stellt. Bei der Verbrennung des Gases entsteht nämlich nur Wasserdampf, es bilden sich praktisch keinerlei Schadstoffe. Zum anderen ist Wasserstoff in nahezu unbegrenzter Menge vorhanden – allerdings nur in Wasser und Kohlenwasserstoffen gebunden. Wasserstoff wird bereits heute für die chemische Industrie in großen Mengen gewonnen, indem etwa Erdgas verbrannt wird, wobei aber wiederum Kohlendioxid entsteht. Nur einen geringen Teil erzeugt man mit regenerativen Energien. Wasserstoff ist aber nur dann als kohlendioxidfreier Energieträger sinnvoll, wenn man ihn großtechnisch per Elektrolyse von Wasser mit den Erneuerbaren herstellt.

          Die Crux mit den Erneuerbaren

          Durch den massiven Ausbau von Wind- und Solarenergie, der in den kommenden Jahren noch weiter gesteigert werden soll, ist die Erzeugung von grünem Wasserstoff lukrativer geworden. An vielen Standorten wird in Pilotprojekten klimaneutraler Wasserstoff produziert und mit Kohlendioxid aus der Luft in synthetische Treibstoffe umgewandelt. Viele Start-ups bieten technische Lösungen an. Bei der Wasserelektrolyse in einer elek­trochemischen Zelle sind drei Varianten nutzbar: die alkalische Wasserelektrolyse, die PEM-Zelle (PEM steht für Protonenaustauschmembran) und die Hochtemperatur- oder auch Dampfelektrolyse. Letztere ist noch in der Entwicklungsphase, verspricht aber einen hohen Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent. Ein Vorteil ist, dass Wasserdampf hier gespalten wird, also ein Teil der Energie bereits als Wärme vorliegt und nicht vollständig über elektrischen Strom zugeführt werden muss. Doch jeder Zelltyp hat seine Vor- und Nachteile. Kopfzerbrechen bereitet nach wie vor die Stabilität der Katalysatoren, mit denen die Anode beschichtet ist.

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