H2-Basics
Wasserstoff ist ein zentrales Element für die Erreichung der Klimaschutzziele: Sicher transportierbar und speicherbar! Für den Einsatz von Wasserstoff bedarf es einer leistungsfähigen Infrastruktur. Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie hat die Bundesregierung die Bedeutung von Wasserstoff untermauert und einen Handlungsrahmen für die künftige Erzeugung, den Transport, die Nutzung und Weiterverwendung von Wasserstoff geschaffen.
Wasserstoff ist ein Energiespeicher, der angebotsorientiert und flexibel erneuerbare Energien speichern und einen Beitrag zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage leisten kann. Das macht Wasserstoff zu einem wichtigen Baustein der Energiewende.
Auszug aus der Nationalen Wasserstoffstrategie (BMWi Juni 2020)
Wasserstoff im Vergleich zu anderen Energieträgern
Auf das gasförmige Volumen bezogen, weist Wasserstoff einen geringeren Energieinhalt als andere Energieträger auf. Der Energieinhalt von 1 Nm³ Wasserstoff - bezogen auf den Brennwert - entspricht ungefähr 0,32 Nm³ Erdgas, 0,37 l Benzin, 0,33 l Diesel, 0,44 kg Steinkohle oder 0,68 kg Holz. Auf die Masse bezogen dreht sich das Verhältnis jedoch um. So entspricht der Energieinhalt von 1 kg Wasserstoff ungefähr 2,6 kg Erdgas, 3,2 kg Benzin, 3,1 kg Diesel, 4,9 kg Steinkohle oder 7,6 kg Holz.
*Die Angaben für Vergleichsbrennstoffe unterliegen gewissen Schwankungsbreiten (Quelle: eigene Berechnungen, Angaben ohne Gewähr)
Bedeutung von Wasserstoff für das zukünftige Energiesystem
Die leitungsgebundene Versorgung von Wasserstoff über die vorhandene Gasinfrastruktur ist die Basis für eine volkswirtschaftlich effiziente Transformation des Energiesystems. Heute stellt das Gassystem über die Hälfte der Versorgung des Wärmemarktes mit Energie bereit. Die Gasinfrastruktur ist auf die saisonal geprägten Verbräuche mit Lastspitzen im Winter ausgelegt. Die Möglichkeit der saisonalen Speicherung großer Energiemengen ist der Grundstock für die Versorgungssicherheit in einem klimaneutralen Energiesystem.
Im zukünftigen Energiesystem werden perspektivisch zahlreiche zentrale und große Kraftwerke durch eine dezentrale Energieerzeugung ersetzt. Dies stellt Stromnetzbetreiber vor großen Herausforderungen, um die Versorgungssicherheit zu garantieren. Die Gasinfrastruktur kann dank Sektorkopplung unterstützen, weil die bestehende Infrastruktur große Energiemenge importieren und flächendeckend in ganz Deutschland transportieren kann.
Erzeugung und Transport von Wasserstoff
Mit dem leitungsgebundenen Transport von Wasserstoff in der bestehenden Gasinfrastruktur lassen sich prinzipiell bedeutende Transportkapazitäten realisieren. Im Vergleich zu einer 380 kV-Hochspannungsleitung mit maximaler Übertragungsleistung von ca. 1.700 MW, kann mit einer Gasleitung vom Durchmesser 1.000 mm abhängig von den Betriebsbedingungen ein drei- bis fünffach höherer Energieinhalt transportiert werden.
Der Transport von Wasserstoff in umgestellten, bereits vorhandenen Gasleitungen zu großen Wasserstoffsenken (z.B. Raffinerien oder Stahlwerken mit hohem Wasserstoffbedarf) anstelle der direkten Erzeugung am Standort mit strombetriebenen Elektrolyseuren kann den Stromnetzausbau substanziell reduzieren. So wird einerseits die Akzeptanz der Energiewende erheblich erhöht, andererseits werden die gesamtvolkswirtschaftlichen Kosten niedrig gehalten.
Einsatzmöglichkeiten von H2
Wasserstoff ist vielseitig einsetzbar und bietet ein enormes Potenzial zur schnellen CO2-Reduzierung in den jeweiligen Anwendungsbereichen.
FAQ
Wasserstoff ist ein „zündfreudiges“ Gas und kann sich, wie Erdgas auch, erst bei Vorliegen einer Zündquelle und eines zündfähigen Gemischs entzünden. Die untere Explosionsgrenze (d.h. die Konzentration von Wasserstoff in Luft, ab der eine Zündung möglich ist), liegt mit 4 Volumenprozent etwa gleich hoch. Die Mindestzündenergie ist geringer. Andererseits ist Wasserstoff noch wesentlich leichter als Erdgas und steigt daher leichter auf. Wasserstoff weist damit kein höheres Gefahrenpotential als Erdgas auf.
Wasserstoff wird als gasförmiger Energieträger zukünftig auch eine wichtige Rolle bei der Versorgung von Haushaltskunden einnehmen. In Zukunft werden Gasnetzbetreiber zunehmend Grüne Gase wie Wasserstoff transportieren. Wasserstoff kann dem Erdgas unter Beachtung der technischen Regelwerke beigemischt werden. Für eine klimaneutrale Energieversorgung können Gasleitungen in der Ortsverteilung zukünftig auch mit reinem Wasserstoff betrieben. Zahlreiche gasbasierte Geräte im Haushaltsbereich können bereits 20 % Wasserstoffbeimischung sicher verarbeiten und nach Bedarf auf 100 % Wasserstoff umgestellt werden.
Wasserstoff ist im eigentlichen Sinne ein farbloses Gas. Zur Kategorisierung nach Klimaneutralität und Herstellungsverfahren bedient man sich bei Wasserstoff jedoch häufig einer bunten Farbpalette.
Grauer Wasserstoff ist Wasserstoff aus Dampfreformierung, die heutzutage noch am Häufigsten verwendete Methode zur Wasserstofferzeugung. Hierbei wird ein fossiler Energieträger, z.B. Erdgas, in einer chemischen Reaktion in Wasserstoff umgewandelt. Bei diesem Prozess entsteht neben dem gewünschten Wasserstoff auch das Treibhausgas CO2, welches in die Atmosphäre entweicht.
Blauer Wasserstoff wird wie grauer Wasserstoff mittels Dampfreformierung erzeugt. Durch die Abscheidung und Speicherung (Carbon Capture and Storage – CCS) bzw. Nutzung als Rohstoff (Carbon Capture and Utilization – CCU) wird das anfallende CO2 nicht der Atmosphäre zugeführt. Der erzeugte Wasserstoff ist somit bilanziell klimaneutral.
Grüner Wasserstoff wird mittels Elektrolyse erzeugt, zu deren Betrieb Strom aus regenerativen Energiequellen wie Wind oder Sonne verwendet wird. Grüner Wasserstoff verursacht keine CO2-Emissionen und ist damit klimaneutral.
Türkiser Wasserstoff – weder Blau noch Grün: Bei der Wasserstofferzeugung mittels Methanpyrolyse (thermische Spaltung von Erdgas) entsteht kein CO2 sondern fester Kohlenstoff. Das Verfahren ist vollständig CO2-neutral, wenn die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen stammt und der Kohlenstoff dauerhaft gebunden wird.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Wasserstoff unabhängig von der Erzeugungsart farblos und chemisch identisch ist.
Zur Erreichung der Klimaneutralität in 2045 braucht es Alternativen zu fossilen Energieträgern. Wasserstoff ist als Energieträger vielseitig einsetzbar und wird aus diesem Grund eine Schlüsselrolle in der zukünftigen Energieversorgung einnehmen.
„Wasserstoff ist ein vielfältig einsetzbarer Energieträger. Er kann zum Beispiel in Brennstoffzellen die wasserstoffbasierte Mobilität befördern und zukünftig als Basis für synthetische Kraft- und Brennstoffe genutzt werden. Wasserstoff ist ein Energiespeicher, der angebotsorientiert und flexibel erneuerbare Energien speichern und einen Beitrag zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage leisten kann. Das macht Wasserstoff zu einem wichtigen Baustein der Energiewende.“ (Nationale Wasserstoffstrategie, BMWi 2020)