Berliner Farbenlehre

Wasserstoff kann sauber sein – aber auch ein Klimakiller

„Wasserstoff ist eine eierlegende Wollmilchsau, weil er technisch einfach alles kann“, sagt der Forscher Michael Sterner von der Technischen Hochschule Regensburg. Auch wenn der Einsatz nicht überall sinnvoll sei, glaubt er, dass Wasserstoff jetzt endlich durchstarten könne. Aktuell ist das Gas als Stromspeicher für die schwankende Ökostromproduktion, als Energielieferant für die Industrie und als Kraftstoff für Heizungen und Fahrzeuge im Gespräch.

Vordergründig ist Wasserstoff eine saubere Sache. Doch er kann auch ein Klimakiller sein. Weil das häufigste Element des Universums nur gebunden vorkommt und für seine Abspaltung viel Energie draufgeht, ist es immer nur so nachhaltig wie der Energieträger, der in der Elektrolyse verwendet wird. Rund um dieses Thema hat sich eine eigene Farbenlehre entwickelt.

• Die Bundesregierung setzt auf grünen Wasserstoff, bei dem die Energie aus Wind oder Sonne kommt. Er wird durch Elektrolyse von Wasser erzeugt, mit Strom aus erneuerbaren Energien.
• Der blaue Wasserstoff dagegen wird aus Erdgas hergestellt. Das CO₂, das dabei entsteht, wird abgeschieden und unter dem Meeresgrund verpresst. Blauer Wasserstoff sei CO₂-neutral, sagen seine Verfechter. Der Wirtschaftsminister sieht ihn als akzeptable Übergangslösung. Umweltverbände wie der BUND sprechen dagegen von Etikettenschwindel, für sie ist das Verfahren nicht klimaneutral.
• Ähnlich verhält es sich bei türkisfarbenem Wasserstoff. Er wird durch die thermische Spaltung von Methan aus Erdgas hergestellt. Dabei entsteht fester Kohlenstoff, der sich weiter nutzen lässt.
• Am Ende der Nachhaltigkeitsskala steht grauer Wasserstoff, der wie blauer Wasserstoff aus Erdgas hergestellt wird. Allerdings wird das CO₂ hier nicht unterirdisch gespeichert, sondern gelangt in die Atmosphäre und verursacht erhebliche Emissionen. Grauer Wasserstoff wird zum Beispiel in großen Mengen bei der Herstellung von Ammoniak für Kunstdünger verwendet.

Auch grüner Wasserstoff ist nicht immer die beste Lösung für das Klima

Ist grüner Wasserstoff also die neue Wunderwaffe gegen den Klimawandel? Auch hier muss man differenzieren. So halten viele Klimaschützer den Einsatz von Wasserstoff in Pkw und Gebäudeheizungen für wenig sinnvoll. Eine Wärmepumpe könne fünfmal effizienter heizen als die Brennstoffzelle. Und das batterieelektrische Auto ist den meisten Studien zufolge zwei- bis dreimal effizienter als der Wasserstoff-Pkw. Welcher Antrieb über den gesamten Lebenszyklus gesehen nachhaltiger ist, ist eine andere Frage.

Einig sind sich die Experten, dass grüner Wasserstoff überall dort Sinn ergibt, wo eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist – und wo er grauen Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen ersetzen kann. Die Nationale Wasserstoffstrategie nennt vier Branchen, in denen Wasserstoff möglichst bald zum Einsatz kommen soll: Stahlindustrie, Chemie, Logistik und Luftfahrt. Zum Beispiel könnte Ammoniak für Dünger mit grünem Wasserstoff hergestellt werden. Auch Containerschiffe, Fernbusse oder Züge könnten gut mit Wasserstoff fahren.

Die Bundesregierung sieht bis 2030 einen Bedarf von rund 100 Terawattstunden, das wären 2000-mal mehr als die 50.000 Megawattstunden, die die 35 Elektrolyseanlagen in Deutschland heute produzieren können. Das große Problem: Dafür braucht man viel Strom.

Wasserstoff ist teuer – Umlagen und Abgaben belasten die Herstellung

Wer mehr grünen Wasserstoff will, muss also erst einmal mehr Ökostrom produzieren. Den könnte man zum Beispiel in Wasserstofffabriken mit Windkraft auf dem offenen Meer erzeugen. Allerdings fehlt dieser Windstrom dann an der Strombörse. Wichtig sei daher, „dass die zur Erzeugung von grünem Wasserstoff vorgesehene Leistung zusätzlich zu den bereits beschlossenen 20 Gigawatt Offshore-Windenergie bis 2030 ausgeschrieben wird“, sagt Stefan Thimm vom Bundesverband der Windparkbetreiber Offshore. „Ansonsten haben wir am Ende nichts gewonnen.“

Daneben muss der Markt vorangebracht werden. Bisher war die Herstellung von Wasserstoff in kleinen Nischen viel zu teuer. Selbst an den sonnigsten und windigsten Tagen kostet grüner Wasserstoff zehnmal so viel wie russisches Erdgas. Das liegt auch an den Umlagen und Abgaben, die Elektrolyseure bisher für den Strom zahlen. Die Politik plant daher die Befreiung der Wasserstoffhersteller von der EEG-Umlage und prüft weitere Fördermittel, zum Beispiel Quoten für „grünen Stahl“, einen vorgeschriebenen Anteil von Wasserstoff im Gasnetz oder eine verpflichtende Beimischung zum Kerosin für Flugzeuge.

Große Anlagen werden die Produktion günstiger machen. Heute seien noch keine 100 Megawatt in Betrieb, sagt Jochen Bard vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik in Kassel. Fünf Gigawatt, also 50-mal so viel, sollen es bis 2030 laut Wasserstoffstrategie werden. Sein Kollege Michael Sterner sieht ein Vielfaches an heimischem Potenzial, aber bei der gesellschaftlichen Akzeptanz stoße man an Grenzen, sagt er. Das Windrad am Gartenzaun ist nicht jedermanns Sache.

Selbst eine Steigerung auf 50 Gigawatt aus heimischer Produktion, ein Wert den Bard grundsätzlich für realistisch hält, würde allerdings bei Weitem nicht reichen, um den langfristigen Bedarf in Deutschland zu decken. Den veranschlagt die Deutsche Energie-Agentur (Dena) für das Jahr 2050 auf 250 Gigawatt. Die fehlenden 200 Gigawatt müssten dann aus dem Ausland kommen.

Alte Ölplattformen könnten zur Wasserstoffproduktion umgerüstet werden

Sterner wirbt daher dafür, Wasserstoff mit anderen Anrainern in der Nordsee zu produzieren. Dort könne man etwa alte Öl- und Gasplattformen umbauen, und „neuen Wein in alte Schläuche gießen“, sagt er. Denn der Aufbau einer komplett neuen Infrastruktur sei finanziell nicht drin.

Entwicklungshilfeminister Gerd Müller setzt derweil auf Kooperationen mit afrikanischen Ländern. Zwei der neun Milliarden Euro aus dem Konjunkturpaket sollen in internationale Partnerschaften fließen. Eine erste Vereinbarung mit Marokko wurde unterzeichnet, auch mit Ländern südlich der Sahara werden Projekte ausgelotet. Der solare Wasserstoff soll vor Ort produziert und zum Beispiel in bestehenden Gaspipelines oder per Schiff nach Deutschland exportiert werden. Sterner sieht solche Projekte durchaus positiv. Ein reines Exportmodell wäre aber „Kolonialisierung 2.0 und das funktioniert nicht.“ Großprojekte in Afrika könnten nur funktionieren, wenn „die Leute vor Ort etwas davon haben“.

In Deutschland, so scheint es gerade, haben viele Menschen in vielen Branchen etwas vom Wasserstoff. Das kleine Element hat viele Freunde. Klimaschützer, Stahlkocher, Gasnetzbetreiber, Windkraftunternehmen, Logistikfirmen und Entwicklungshelfer – alle wollen beim Wasserstoff mit an Bord sein. Die neun Milliarden Euro aus dem Konjunkturpaket könnten weitere Begehrlichkeiten wecken.