Wasserstoff als Energieträger der Zukunft

Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Als vielseitiger und sauberer Energieträger kann er zur Lösung der größten Herausforderungen bei der Dekarbonisierung von Industrie, Verkehr und Energieversorgung beitragen.

Warum Wasserstoff so wichtig ist

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum und kann als Energieträger und Rohstoff für zahlreiche Anwendungen genutzt werden. Bei seiner Verbrennung oder Nutzung in Brennstoffzellen entsteht nur Wasserdampf – keine CO₂-Emissionen.

Besonders wertvoll ist Wasserstoff für Bereiche, die schwer elektrifizierbar sind: Stahlproduktion, Chemische Industrie, Langstreckenverkehr und saisonale Energiespeicherung. Hier bietet er oft die einzige realistische Möglichkeit zur Dekarbonisierung.

Grüner Wasserstoff: Die saubere Produktion

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser mit erneuerbarem Strom hergestellt. Moderne Elektrolyseure erreichen Wirkungsgrade von über 70% und werden kontinuierlich effizienter.

Deutschland plant bis 2030 Elektrolysekapazitäten von 10 GW aufzubauen. Große Offshore-Windparks werden speziell für die Wasserstoffproduktion geplant, da hier konstant starke Winde wehen und keine Konkurrenz zu anderen Stromverbrauchern besteht.

Wasserstoff in der Industrie

Die Stahlindustrie ist einer der größten Hoffnungsträger für Wasserstoff. Anstatt Kohle kann Wasserstoff zur Reduktion von Eisenerz verwendet werden. ThyssenKrupp und andere Unternehmen bauen bereits Pilotanlagen für wasserstoffbasierte Stahlproduktion.

In der chemischen Industrie kann Wasserstoff sowohl als Energieträger als auch als Rohstoff für die Produktion von Ammoniak, Methanol und anderen Grundchemikalien dienen. Dies ermöglicht eine klimaneutrale Chemieindustrie.

Wasserstoff im Verkehr

Brennstoffzellen-Fahrzeuge bieten Vorteile gegenüber batteriebetriebenen Elektroautos: schnelle Betankung in wenigen Minuten und große Reichweiten. Besonders für schwere Nutzfahrzeuge, Busse und Züge ist Wasserstoff oft die bessere Lösung als Batterien.

Im Luftverkehr wird an wasserstoffbetriebenen Flugzeugen geforscht. Airbus plant bis 2035 das erste kommerzielle Wasserstoff-Flugzeug. Auch in der Schifffahrt werden erste Wasserstoff-Fähren getestet.

Speicher- und Transporttechnologien

Wasserstoff kann auf verschiedene Weise gespeichert werden: als komprimiertes Gas bei 350-700 bar, als Flüssigkeit bei -253°C oder chemisch gebunden in Trägersubstanzen wie LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers).

Für den Transport über große Entfernungen werden bestehende Erdgaspipelines zu Wasserstoffleitungen umgerüstet. Das geplante European Hydrogen Backbone wird Europa mit einem 40.000 km langen Wasserstoffnetz versorgen.

Power-to-X: Wasserstoff als Grundstoff

Wasserstoff kann in andere Energieträger umgewandelt werden: Power-to-Gas erzeugt synthetisches Methan, Power-to-Liquid produziert synthetische Kraftstoffe für Flugzeuge und Schiffe. Diese E-Fuels ermöglichen die Nutzung bestehender Infrastrukturen.

Ammoniak wird als Wasserstoffträger immer wichtiger. Es ist einfacher zu transportieren und zu lagern als reiner Wasserstoff und kann in Brennstoffzellen wieder in Wasserstoff umgewandelt werden.

Wirtschaftlichkeit und Kostenentwicklung

Die Kosten für grünen Wasserstoff fallen rapide. Lagen sie 2020 noch bei über 5 Euro pro kg, werden für 2030 Kosten unter 2 Euro pro kg erwartet. In sonnen- und windreichen Regionen könnten sogar Kosten unter 1 Euro pro kg erreicht werden.

Skaleneffekte bei Elektrolyseuren und sinkende Stromkosten aus erneuerbaren Energien treiben diese Entwicklung. Gleichzeitig steigen die CO₂-Preise, was Wasserstoff gegenüber fossilen Alternativen wirtschaftlicher macht.

Internationale Wasserstoffpartnerschaften

Deutschland baut Partnerschaften mit wasserstoffreichen Ländern auf. Länder wie Chile, Marokko oder Australien können dank idealer Bedingungen für erneuerbare Energien günstigen grünen Wasserstoff produzieren und nach Europa exportieren.

Erste Importterminals für Wasserstoff und Ammoniak sind geplant. Dies wird Deutschland helfen, den enormen Wasserstoffbedarf von geschätzt 90-110 TWh bis 2030 zu decken.

Herausforderungen und Lösungsansätze

Die größten Herausforderungen sind noch die hohen Kosten, der Aufbau der notwendigen Infrastruktur und die Konkurrenz um grünen Strom. Auch die Effizienz der gesamten Wasserstoff-Kette muss noch verbessert werden.

Regulatorische Rahmenbedingungen müssen angepasst werden, um Investitionen in Wasserstofftechnologien zu fördern. Die EU arbeitet an harmonisierten Standards und Zertifizierungssystemen für grünen Wasserstoff.

Wasserstoff-Ökosystem der Zukunft

Das Wasserstoff-Ökosystem der Zukunft wird hochintegriert sein: Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien wird in Wasserstoff umgewandelt, dieser in der Industrie genutzt, im Verkehr eingesetzt oder für die Rückverstromung gespeichert.

Lokale Wasserstoff-Hubs werden Erzeugung, Speicherung und Verbrauch intelligent vernetzen. Digitale Plattformen werden Angebot und Nachfrage optimieren und für effiziente Verteilung sorgen.

Deutschland als Wasserstoff-Leitmarkt

Deutschland hat das Potential, zum Leitmarkt für Wasserstofftechnologien zu werden. Die nationale Wasserstoffstrategie sieht Investitionen von über 9 Milliarden Euro vor. Bis 2030 sollen 230.000 neue Arbeitsplätze in der Wasserstoffwirtschaft entstehen.

Deutsche Unternehmen sind bereits Technologieführer bei Elektrolyseuren, Brennstoffzellen und Speichertechnologien. Diese Position gilt es auszubauen und zu verteidigen.

Ausblick: Eine wasserstoffbasierte Energiewelt

Wasserstoff wird ein zentraler Baustein der klimaneutralen Energiewelt sein. In Kombination mit erneuerbaren Energien und Energiespeichern ermöglicht er eine vollständige Dekarbonisierung aller Wirtschaftssektoren.

Die 2020er Jahre werden das Jahrzehnt des Wasserstoff-Hochlaufs sein. Was heute noch Pilotprojekte sind, wird morgen industrieller Standard sein und maßgeblich zur Erreichung der Klimaziele beitragen.