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Die Regierung hat ihre Wasserstoff-Strategie geändert. Auch Wasserstoff aus Erdgas soll künftig relevanter Teil der Strategie sein, denn es gibt zu wenig H2.​

Die meisten Menschen haben schon eine vage Vorstellung davon, dass irgendwas mit Wasserstoff Teil der künftigen Energiestrategien wird. Es werden zum Beispiel gerade viele neue Gaskraftwerke gebaut, die später, bei Verfügbarkeit, Wasserstoffgas verbrennen sollen, das vorher aus Überschussstrom per Elektrolyse erzeugt wird. Diese Kraftwerke müssen bei Mindererzeugung der volatilen Einträge von Wind und Sonne die fehlende Leistung übernehmen. Da der Überschussstrom aus Wind und Sonne stammt, hat dieser Wasserstoff die virtuelle Farbe Grün erhalten für die Diskussion.

Obwohl diese Form der Energiespeicherung extrem teuer und verlustträchtig ist, haben wir noch keine billigere am Start. Dazu kommt, dass Wasserstoff fossile Rohstoffe an einigen kritisch überlebenswichtigen Punkten ersetzen soll, zum Beispiel in der Düngerherstellung oder der Stahl-Direktreduktion. Wenn Deutschland die selbst gesetzten Klimaziele erreichen will, geht das nicht ohne den teuren Wasserstoff. Es wird also sehr dringende Bedürfnisse nach grünem Wasserstoff geben, sodass für die Nutzungsideen aus Verkehr und Heizung (siehe die stete Wasserstoff-Werbung des größten deutschen Heizungsbauers Viessmann) auf die nächsten Jahrzehnte wahrscheinlich schlicht keine nennenswerten Mengen übrig bleiben.

Nicht genug Erneuerbare

Der Energie-Analyst Michael Liebreich hat zusammen mit seinen Kollegen 2021 überschlagen, wie viel Energie allein die Bereiche bräuchten, die ansonsten nur durch fossile Quellen ersetzbar wären. Ergebnis: Man bräuchte die GESAMTE Erzeugungsleistung aller prognostizierten Anlagen von Wind und Photovoltaik weltweit, nur um die Basics Dünger, Hydrierungsanwendungen in Lebensmittelindustrie, Chemie und Petrochemie, Hydrocracking, Stahlerzeugung und Entschwefelung abzudecken. Kurz: Es gibt trotz steiler Zubaukurven weiterhin und absehbar nicht annähernd genug Wind- und Sonnenenergie, um auch nur die Basics zu bedienen.

Es gibt in weniger dringenden Bereichen mehrere Alternativen. Ein Flugzeug etwa kann außer mit Wasserstoff auch weiterhin mit Kohlenwasserstoffen fliegen, zum Beispiel aus biogenen Quellen. Dennoch ist klar, dass grüner Wasserstoff keine relevante "Wasserstoffwirtschaft" außerhalb Basics+Speicherung trägt, und wahrscheinlich hat dieser Umstand die Bundesregierung motiviert, die Vorgaben für förderfähigen Wasserstoff zu lockern. Es folgt ein Panoptikum an virtuellen Wasserstofffarben zur Bewertung der Quellen des physikalisch farblosen Gases.

Regenbogen Wasserstoff

Im Sommer 2023 hat die Bundesregierung in einer Änderung der Wasserstoff-Strategie beschlossen, dass auch "blauer Wasserstoff" förderfähig ist. Dieser Umstand findet sich nun auch in der soeben im Parlament beschlossenen Novelle des Gebäudeenergiegesetztes (GEG). Blauer Wasserstoff unterscheidet sich vom "grauen Wasserstoff" aus Dampfreformation von Erdgas durch eine Kohlenstoffabscheidung, die ihn CO₂-neutral machen soll. Die einfachsten Kohlenstoffabscheidungen verbinden mit Sauerstoff zu CO₂. Das soll eingelagert werden. Problem dabei: CO₂ ist bei üblichen Temperaturen und Drücken gasförmig. Ausgasen müsste zuverlässig verhindert werden.

Hier kommen manche Studien zu eher schlechten Ergebnissen. Howard und Jacobson kamen in ihrer Studie [1] 2021 zum Ergebnis, dass blauer Wasserstoff nur 9 bis 12 Prozent geringere Treibhauswirkung hat als grauer Wasserstoff. Schlimmer: Blauer Wasserstoff ist 20 Prozent treibhauswirksamer als einfach Erdgas verbrennen. Grund sind hauptsächlich die zusätzlichen Methanemissionen, denn die Forscher nahmen zur Vereinfachung an, dass kein CO₂ aus den Lagerstätten entweicht. Diese Annahme ist wahrscheinlich zu optimistisch. Wir wissen noch nicht, wie gut und wie lange CO₂ in den Lagerstätten stillhält.

Alternative blauer Wasserstoff

Eine Folgestudie des Paul-Scherrer-Instituts [2] betrachtete das Problem noch einmal genauer und kam zum Schluss, dass blauer Wasserstoff fast so treibhausneutral sein könne wie grüner Wasserstoff, wenn die Technik möglichst perfekt sei, also die CO₂-Abscheidungsraten sehr hoch und die Methanverluste sehr gering. Das Forschungsteam um Captain Obvious hat sich allerdings nicht zum großen Problem dieser Forderung geäußert: Das sind alles Kostenfaktoren. Blauer Wasserstoff existiert als Idee, weil er billiger wäre als grüner Wasserstoff. Keiner braucht ihn, wenn er teurer wird. Es fehlt also eine Kostenanalyse. Da es in Norwegen bereits kleine Anlagen gibt, liefern die kommenden Jahrzehnte hoffentlich ein paar nützliche Daten dazu.

CCS in Form von CO₂ hat jedoch viele Probleme: CO₂ braucht mehr Platz als fossile Brennstoffe. Man kann ihn also nur teilweise in leeren ehemaligen Förderstätten lagern, selbst wenn die sich ansonsten eignen würden. Konzentriertes CO₂ ist zudem gefährlich, wie jeder Brauer und Winzer weiß, weil es schwerer wiegt als Luft. Es reichert sich also am Boden an, wenn es doch aus dem Untergrund austreten sollte und in konzentriertem CO₂ kann man kein O₂ mehr atmen.

Weil wir mehr Wasserstoff brauchen, wird die blaue Variante wahrscheinlich ihre Rolle spielen müssen. Weil wir aber zum Wurschteln neigen, wird sie eher auf dem Papier als in der Realität schlauer als Erdgas sein. Eine interessante Alternative könnte "türkiser Wasserstoff" sein, bei dem Methan pyrolytisch in H₂ und festen Kohlenstoff (C) aufgespalten wird, der problemlos gelagert oder (noch besser) in der Industrie weiterverarbeitet werden könnte. Hier könnte solare Wärme für die nötigen günstigen Kosten der Pyrolyse sorgen.

Wasserstoff im Untergrund

Angesichts der Probleme industriellen Wasserstoffs wird natürlicher Wasserstoff vielleicht interessant, den geologische Prozesse in den Tiefen der Erde produzieren. Man nennt ihn "weißen Wasserstoff", manchmal auch in Anlehnung an seine Bodenschatzeigenschaften "goldenen Wasserstoff". An manchen Stellen dringt das Gas an die Oberfläche, wo es mit teils sehr geringen Bohrtiefen erreicht werden kann. Einige sich stets mit guten Raten regenerierende Brunnen liegen in Mali, wo 96-prozentiges H₂-Gas austritt.

Die kanadische Firma Hydroma will dort schon seit längerem geologischen Wasserstoff fördern und rechnet mit einem späteren Preis von einem US-Dollar pro Kilogramm Wasserstoff. Leider ist in Mali die politische Lage sehr instabil, was solche Projekte erheblich erschwert. Eine weitere Firma namens "45-8 Energy" will weißen Wasserstoff aus Frankreich und Deutschland fördern, wo die Kosten zwar wahrscheinlich höher liegen, dafür aber auch bessere Planbarkeit gegeben ist. 45-8 Energy fördert außerdem natürliches Helium und rechnet mit Kostenvorteilen bei Förderung beider Gase.

Pinker Wasserstoff

Schließlich gibt es noch "pinken Wasserstoff" aus Kernspaltungsenergie, auch mit "violett" oder "rot" virtuell eingefärbt. In der Kernspaltung ist es sehr einfach, sehr hohe Temperaturen zu generieren, es ist sogar ZU einfach und eins der Kernprobleme der Technik, zu deren bekanntesten Problemen ja Reaktorschmelze und Knallgasexplosionen gehören. Mit hohen Temperaturen, die wenig kosten, kann man Wasserdampf statt per Elektrolyse per Thermolyse in H₂ und O₂ (Knallgas) aufspalten. Wie viel das kostet, hängt an vielen Faktoren, die bereits bei der Planung berücksichtigt werden müssen.

Farben des Wasserstoffs und ihre Nutzung im Verkehr

Das deutsch-kanadische kleine Startup-Firma Dual Fluid hat uns in einem Interview gesagt, dass sie auch daran denken, thermolytisch Wasserstoff zu erzeugen, was die Rentabilität der Anlagen erhöhen könnte. Aktuell hat sich Dual Fluid mit dem Staat Ruanda geeinigt über den Bau einer Forschungsanlage, die belegen soll, dass das Konzept funktioniert. Hinweis für Leute, die wenig von Atomtechnik lesen: Fast alles, was in der Kerntechnik als Idee vorgestellt wird, schafft es niemals in die Strom (oder Wasserstoff) produzierende Realität und der kleine realistische Rest dauert ewig. Nur, dass Sie nicht auf Megatonnen pinken Wasserstoffs innerhalb der nächsten 30 Jahre hoffen, denn das wird es nicht geben.

Reste fahren

Die beschriebenen Umstände zeigen das, was sich als Konsens der Energieexperten gebildet hat: Es gibt viel zu wenig Grünstrom, um daraus so viel Wasserstoff herzustellen, dass nennenswerte Mengen an Kilometern damit gefahren werden könnte. Blauer Wasserstoff ist wahrscheinlich Schwachsinn, könnte aber als Feigenblatt-Schwachsinn durchaus in größeren Mengen als grüner kommen. Ein großer Teil von vermeintlichen CO₂-Einsparungen besteht nämlich ebenfalls aus Schwachsinn im Sinne von: Es gibt sie nicht real, sondern es sind Mehrfachzählungen ("Supercredits") von Einsparungen, die oft selber schon kaum belastbar ihre Einfachwerte erreichen.

In solche Konstrukte passt schön gerechneter blauer Wasserstoff wahrscheinlich ganz gut. Weißer Wasserstoff klingt toll, steht aber noch so weit am Anfang, dass jede Prognose darüber fehlschlagen muss. Warten wir ab, was die Pioniere herausfinden. Pinker Wasserstoff in Mengen scheitert am weltweiten Rückgang der ergreisenden Kerntechnik. Wir bräuchten tausende neue AKW, damit so etwas interessant würde, und das ist angesichts der Kosten und Unbeliebtheit von Atomtechnik sehr unwahrscheinlich. Türkiser Wasserstoff könnte eine Alternative sein – wenn die Kosten stimmen.

Es wird also dabei bleiben, dass es für PKW mit meilenweitem Abstand sinnvoller ist, die viel effizientere Batterie einzusetzen als Energiespeicher statt einen Wasserstofftank. Auch Benzin oder Diesel sind sinnvoller als viele Wasserstoff-Produktionswege. Für viele LKW-Einsatzbereiche ist ebenfalls die Batterie interessanter als H₂. Für den Langstreckenverkehr haben sich Mercedes-Benz Trucks und Volvo Trucks auf die Brennstoffzelle eingeschossen, weil die EU-Vorgaben für die Flottenemissionen so streng geworden sind. Ob dieser teure Weg zum Ziel führt, wird die Zeit zeigen.

Mischkalkulation als einfachste Lösung

Bisher könnte ein technisch fertiger Brennstoffzellen-LKW nur wenige Routen fahren. Es gibt aktuell in ganz Deutschland 86 Wasserstoff-Tankstellen, bisher alle mit Hochdruck (700 bar). Die LKW-Hersteller hätten aber gern aufgrund seiner volumetrischen Vorteile kryogen flüssigen Wasserstoff, also eine völlig andere Speichertechnik. Der VDA nennt für 2030 das Ziel: alle 200 km eine Wasserstoff-Tankstelle in Europa. Da darf dann selbst 2030 nichts schiefgehen auf einer Tour. Eine falsche Abfahrt und du bist verratzt, hundertmal ärger als beim Tanken im Elsass oder der abseitigsten Elektroautostory von vor 10 Jahren. Die einfachste Lösung für kleinere LKW-Hersteller wird sein: Die verlangten Flottenwerte mit einer Mischkalkulation aus verkauften Fahrzeugen mit jeweils Batterie oder Dieseltank erreichen.

Für PKW-Hersteller hängt die sinnvollste Strategie davon ab, wie die Efuel-Ausnahme für den Verbrenner-Zulassungsstop 2035 konkret aussehen wird. Die EU will eine neue Fahrzeugklasse dafür schaffen, die mit fossiler Energie nicht fahren können soll. Wie das technisch aussehen soll, ist offen und soll erst bis Herbst 2024 konkretisiert werden. Silberstreif für Wasserstofffreunde: Wenn wir bis 2035 wider jede Prognose im Wasserstoff schwimmen, könnte die neue Fahrzeugklasse problemlos auch Wasserstoff-Direktverbrennung enthalten. Die Hersteller von AdBlue und SCR-Equipment würden für ihre erhörten Gebete ein Kerzchen anzünden.

Wasserstofffarbenlehre

Die folgenden Farben haben sich in der Diskussion etabliert. Sie sind nicht genormt, daher gibt es für manche Quellen verschiedene Farben.

• Grün: aus Wind- und PV-Strom
• Grau: aus Erdgas, der häufigsten Quelle
• Blau: wie grau, aber mit CO₂-Abscheidung
• Weiß/gold: natürlich vorkommender Wasserstoff
• Türkis: aus Methanpyrolyse, der Kohlenstoff fällt als Feststoff aus.
• Pink/violett/rot: aus Atomkraft, elektrolytisch oder thermolytisch
• Orange/gelb: aus biogenen Quellen wie Biomasse, Biogas und Biomethan
• Braun: aus Braunkohle (oft zu grau gerechnet)
• Schwarz: aus Steinkohle (oft zu grau gerechnet)

(cgl [8])

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https://www.heise.de/-9304173

Links in diesem Artikel:
[1] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ese3.956
[2] https://www.psi.ch/de/media/forschung/blauer-wasserstoff-kann-das-klima-schutzen
[3] https://www.heise.de/ratgeber/Umweltbewusste-Reisen-Ob-und-wie-das-moeglich-ist-7470117.html
[4] https://www.heise.de/tests/Treibhausgase-kompensieren-Anbieter-fuer-den-CO-Ausgleich-im-Vergleich-7222771.html
[5] https://www.heise.de/hintergrund/Zukunft-der-Luftfahrt-Emissionsarm-dank-Elektroantrieb-und-nachhaltigem-Kerosin-7283107.html
[6] https://www.heise.de/hintergrund/Analyse-Gruener-Flugverkehr-Wasserstoff-als-echte-Alternative-zu-Kerosin-6544930.html
[7] https://www.heise.de/hintergrund/Die-grosse-Illusion-mit-den-negativen-Emissionen-6236248.html
[8] mailto:cgl@ct.de

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