Wie die Umstellung auf grünen Wasserstoff dem globalen Energiemarkt zugute kommen kann

Europa befindet sich derzeit in einer großen Energiekrise. Die Energie- und Gaspreise schießen in die Höhe, und die Kosten steigen in allen Bereichen. Immer häufiger wird der Ruf nach erneuerbaren Energien laut, die eine nachhaltige und dauerhafte Lösung für einige der Probleme im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung und der Energieversorgung bieten sollen.

In diesen Zeiten ist es sinnvoll, die jüngsten Entwicklungen im Energiesektor zu untersuchen. Daher werfen wir in diesem Artikel einen Blick auf Wasserstoff, da das Interesse an der Wasserstoffenergie in den letzten Jahren erheblich zugenommen hat. Laut der Internationalen Energieagentur: "Die Welt hat die große Chance, das enorme Potenzial von Wasserstoff zu nutzen, um ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigeren und sichereren Energiezukunft zu werden."

Wasserstoff-Brennstoffzellen und Energiespeicherung

Wasserstoff hat bestimmte Aspekte, die ihn zu einer vorteilhaften Energiequelle machen. Wasserstoff kann in flüssiger Form auf Schiffen oder in gasförmiger Form über Pipelines gespeichert und transportiert werden. Wasserstoff kann aus einer Vielzahl von Brennstoffen gewonnen werden, darunter erneuerbare Energien, Kernenergie, Erdgas, Kohle und Erdöl. Aufgrund seiner hohen Energiedichte ist er ein idealer Brennstoff für den Verkehr oder die Industrie.

Wasserstoff-Brennstoffzellen verwenden Wasserstoff als Brennstoff in einem elektrochemischen Prozess, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff zur Erzeugung von elektrischer Energie und Wasser kombiniert werden. Er kann auch in Elektrizität umgewandelt werden, um Haushalte und Industrien zu versorgen, sowie in Kraftstoffe für Autos, Lastwagen, Schiffe und Flugzeuge. Obwohl Wasserstoff als natürliche Ressource recht häufig vorkommt, findet man ihn nur selten in seiner reinen Form. Durch chemische Reaktionen kann reiner Wasserstoff hergestellt werden.

Gegenwärtig wird der meiste Wasserstoff durch die Reformierung fossiler Brennstoffe hergestellt, ein Verfahren, bei dem eine Reaktion zwischen Erdgas und Dampf stattfindet. Wasserstoff kann aber auch aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden, zum Beispiel durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Quellen. Früher war die Elektrolyse ein sehr teures Verfahren, und die Produktionskosten konnten den Wert der Produktion übersteigen. Durch technologische Fortschritte wird die Elektrolyse immer billiger, und Strom aus Wind-, Sonnen- und Wasserkraft ist inzwischen in großem Umfang verfügbar.

Eine weitere vielversprechende Entwicklung ist die Umwandlung von Abfällen in Wasserstoff (Waste-to-Hydrogen). Waste-to-Hydrogen ist ein neues Verfahren, das aus Abfällen einen Wert schafft. Es handelt sich um eine selbsttragende thermische Umwandlungsbehandlung von organischen Abfällen, einschließlich Kunststoffen, bei der die Abfallstoffe aufgespalten und der darin enthaltene Wasserstoff gewonnen wird. H2-Industries hat mit seiner firmeneigenen Technologie ein Verfahren entwickelt, mit dem große Mengen an Wasserstoff aus organischen Abfällen zu wettbewerbsfähigen Kosten erzeugt werden können. Nach Angaben von H2-Industries ist Waste-to-Hydrogen wesentlich kostengünstiger als die Elektrolyse, nämlich nur etwa halb so teuer wie die Elektrolyse. Ein weiterer enormer Vorteil für die Umwelt ist die Verringerung der Abfallmassen, da der Abfall in Wasserstoff umgewandelt wird.
Daher ist "grüner Wasserstoff", kohlenstofffrei erzeugter Wasserstoff aus Elektrolyse und Waste-to-Hydrogen, zu einer echten Option für die Umgestaltung des Energiemarktes geworden. 

Der Übergang zu grünem Wasserstoff

Aus Elektrolyse und erneuerbaren Energiequellen hergestellter grüner Wasserstoff ist immer noch eine relativ kostspielige Option und macht derzeit nur etwa 5 % der gesamten Wasserstoffproduktion aus. Obwohl sich aufgrund der sinkenden Kosten eine Verlagerung hin zur Produktion von grünem Wasserstoff abzeichnet, ist die Produktion von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen derzeit noch die günstigere Option.

Heute wird Wasserstoff vor allem in der Ölraffination und bei der Herstellung von Düngemitteln verwendet. Laut dem IEA-Bericht "The Future of Hydrogen" verursacht die Produktion von "grauem" (aus Gas) und "braunem und schwarzem" (aus Kohle) Wasserstoff jährlich 830 Millionen Tonnen CO2, was etwa 3 % der weltweiten Treibhausgasemissionen entspricht.

Um diese Emissionen zu verringern, investieren viele Länder, darunter die USA, Kanada, das Vereinigte Königreich, die Niederlande und Australien, derzeit massiv in die blaue Wasserstofftechnologie. Bei blauem Wasserstoff handelt es sich um Wasserstoff, der aus Erdgas hergestellt und durch Kohlenstoffabscheidung und -speicherung unterstützt wird. Das während des Herstellungsprozesses entstehende CO2 wird abgeschieden und dauerhaft unterirdisch gespeichert, so dass es nicht in die Umwelt gelangt. Das Ergebnis ist ein kohlenstoffarmes Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff. Der Nachteil ist, dass nicht 100 % des erzeugten CO2 abgeschieden werden können und nicht alle Speichermethoden langfristig gleich effektiv sind. Die Umstellung von blauem auf grünen Wasserstoff würde diese Emissionen und langfristigen Probleme deutlich verringern. Wie bereits erwähnt, ist zu erwarten, dass die Produktionskosten deutlich sinken werden, wenn die Herstellungskapazitäten für effizientere und kostengünstigere Elektrolyseure wachsen und gleichzeitig neue Technologien und Kapazitäten für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien eingeführt werden.

Die Vorteile von grünem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff kann dazu beitragen, verschiedene kritische Herausforderungen im Energiebereich zu bewältigen, z. B. die schwankende Leistung von erneuerbaren Energien wie Photovoltaik und Windkraft zu speichern, um sie besser an die Nachfrage anzupassen. Er bietet Möglichkeiten zur Dekarbonisierung einer breiten Palette von Branchen und Sektoren - wie dem Fernverkehr, der chemischen Industrie und der Eisen- und Stahlindustrie -, Branchen, die im Allgemeinen Schwierigkeiten haben, ihre Emissionen zu reduzieren. Im Verkehrswesen ergeben sich die Vorteile aus den Wasserstoff-Brennstoffzellen in Lkw und Pkw und in der Schifffahrt und Luftfahrt aus wasserstoffbasierten Kraftstoffen. In Industrien mit hohen CO2-Emissionen, die derzeit viel Kohle verbrauchen und in denen die Elektrifizierung schwierig ist, wie z. B. in der Eisen-, Stahl- und Zementindustrie, können die Emissionen durch den Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen erheblich gesenkt werden. Darüber hinaus kann Wasserstoff als Mittel zur Speicherung und zum Transport erneuerbarer Energien genutzt werden, was eine globale Verbreitung erneuerbarer Energien unterstützen würde. Schließlich kann er die Energiesicherheit erhöhen und die Luftqualität verbessern.

Ein Beispiel für den Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen ist der Markt für Elektrofahrzeuge. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) werden mit Strom aus Brennstoffzellen betrieben und erzeugen als Auspuffemission nur Wasserdampf. Bei diesen Fahrzeugen wird die Energie nicht in einer Batterie, sondern in Form von komprimiertem Wasserstoff gespeichert.

Die Wasserstoff-Brennstoffzellen wandeln den komprimierten Wasserstoff aus ihren Tanks in Strom um, der den Elektromotor des Fahrzeugs antreibt und eine ähnliche Reichweite wie bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren für Benzin oder Diesel ermöglicht. Wasserstoffbetriebene Autos können größere Entfernungen zurücklegen als Elektrofahrzeuge und brauchen nur wenige Minuten, um vollgetankt zu werden.

Aufbau der Infrastruktur

Eine breite Einführung von Wasserstoff wird durch die fehlende Speicherkapazität und die fehlende Infrastruktur für den Transport von Wasserstoff in großem Maßstab behindert. Man denke nur an die Tausenden von einzelnen Tankstellen, die für das Betanken von Wasserstofffahrzeugen benötigt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass Wasserstoff weniger Energie pro Volumeneinheit enthält als alle anderen Kraftstoffe, so dass Transport, Lagerung und Auslieferung teurer sind als bei einer Gallone Benzin. Der Aufbau eines neuen Wasserstoff-Pipelinenetzes ist mit hohen Anfangskapitalkosten verbunden, und die Eigenschaften von Wasserstoff stellen besondere Anforderungen an das Material der Pipelines.

Der IEA-Bericht enthält wichtige Empfehlungen, die Regierungen, Unternehmen und anderen Akteuren helfen sollen, Wasserstoffprojekte in der ganzen Welt voranzutreiben. Dazu gehören vier Bereiche, in denen Maßnahmen dazu beitragen können, die Grundlagen für eine globale saubere Wasserstoffindustrie zu schaffen:

- Die Industriehäfen sollen zu Dreh- und Angelpunkten für die verstärkte Nutzung von sauberem Wasserstoff werden;
- Aufbau auf bestehenden Infrastrukturen, wie z. B. Erdgaspipelines;
- Nutzung von Wasserstoff für den Antrieb von Pkw, Lkw und Bussen, die auf wichtigen Strecken verkehren;
- Einrichtung von internationalen Wasserstoff-Schifffahrtsrouten.

Der IEA-Bericht stellt fest, dass Wasserstoff noch vor großen Herausforderungen steht. Die Entwicklung der Wasserstoffinfrastruktur geht nur langsam voran, und einige Vorschriften beschränken derzeit die Entwicklung einer sauberen Wasserstoffindustrie. Eine Option könnte eine stärker dezentralisierte Produktion sein. Die zentrale Herstellung von Wasserstoff in großen Anlagen senkt die Produktionskosten, erhöht aber die Vertriebskosten. Die Produktion von Wasserstoff am Ort des Endverbrauchs, z. B. an Tankstellen, senkt die Vertriebskosten, erhöht aber die Produktionskosten aufgrund der Kosten für den Bau von Produktionsanlagen vor Ort und könnte die Menge des verwendeten grünen Wasserstoffs verringern, da es einfacher ist, grauen und schwarzen Wasserstoff an vielen verschiedenen Orten zu produzieren.

Auch die EU will mehr in Wasserstoff und die Wasserstoffinfrastruktur investieren. Im Mai 2022 veröffentlichte die Europäische Kommission den REPowerEU-Plan, in dem die Umsetzung der europäischen Wasserstoffstrategie dargelegt wurde, mit Plänen zur weiteren Steigerung der europäischen Ambitionen für erneuerbaren Wasserstoff. Gleichzeitig leitete die Kommission zwei Konsultationen zu zwei delegierten Rechtsakten ein, in denen die für erneuerbaren Wasserstoff geltenden EU-Vorschriften präzisiert werden.

In dem Maße, wie technologische Fortschritte die damit verbundenen Kosten für Produktion, Speicherung und Transport senken und weitere Investitionen in die entsprechende Infrastruktur getätigt werden, wird eine großflächige Nutzung von Wasserstoff immer wahrscheinlicher. Wasserstoff könnte die beste Lösung für die Zukunft unseres Energiebedarfs sein, insbesondere wenn die fossilen Brennstoffe zur Neige gehen.

Wasserstoff-Fachkräfte anziehen

Um die Chancen der Wasserstoffindustrie zu nutzen, müssen sich die Unternehmen an die Geschwindigkeit des Marktes anpassen. Wir stellen fest, dass Unternehmen dazu neigen, so weiterzumachen wie bisher, und dabei wichtige Möglichkeiten verpassen, sich an neue Technologien anzupassen, nachhaltige Ziele zu erreichen und mit dem Markt mitzuhalten. Um voranzukommen, müssen Unternehmen Fachkräfte anziehen, die in der Lage sind, nachhaltige Strategien umzusetzen. Unternehmen, denen es gelingt, neue Talente anzuziehen, handeln schnell. Sie schließen Lücken und verkürzen Prozesse.

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