Eine wichtige Etappe der Energiewende

Warum? Weil Wasserstoff es aufgrund seiner chemischen Eigenschaften ermöglicht, Energie zu speichern und erst später zu nutzen. Die „Entkoppelung“ von Stromerzeugung und Stromverbrauch ist eine der großen Herausforderungen für erneuerbare Energiequellen wie Wind- oder Sonnenergie. Erneuerbare Energiequellen stehen nicht durchgehend zur Verfügung, weil sie von externen Faktoren wie z.B. dem Wetter abhängig sind. Da sie also nicht jederzeit Strom liefern können, muss die einmal erzeugte Energie für den späteren Verbrauch gespeichert werden. Dazu könnte Wasserstoff beitragen.

Die Funktionsweise

Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt, bei der Wasserstoff und Sauerstoff voneinander getrennt werden. Wasser ist ein hervorragender „Rohstoff“, da er in der Regel leicht verfügbar und nicht umweltschädlich ist. CO₂-freier Strom aus Wind-, Solar- oder anderen erneuerbaren Quellen kann zur sauberen Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser verwendet werden. Wenn dann die Energie tatsächlich benötigt wird, kann der Wasserstoff mit Hilfe einer Brennstoffzelle oder einer Turbine wieder in Strom umgewandelt werden. Dies ist ein ähnliches Verfahren wie bei der Nutzung von Erdgas zur Strom- oder Wärmeerzeugung oder zu industriellen Zwecken.

Hierzu gehören:

• Wasserstoff kann Energie für bisher umweltschädliche Industrien wie die Zement- oder Stahlherstellung liefern, die derzeit noch in hohem Maße auf fossile Brennstoffe zurückgreifen und einen beträchtlichen Energieeinsatz erfordern, der sich nur schwer aus anderen Quellen mit niedrigeren Schadstoffemissionen decken lässt.
• Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kann die vorhandenen Stromnetze gegebenenfalls destabilisieren, da diese auf eine gleichmäßige und verlässliche Energieerzeugung ausgerichtet sind. Nicht unmittelbar benötigte, aber einmal erzeugte Energie kann mit Hilfe von Wasserstoff gespeichert werden. So lässt sich der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Strommix steigern.
• Wasserstoff ist sehr leicht entflammbar, ähnlich wie fossile Brennstoffe (z.B. Erdgas). Die benötigte Infrastruktur und Technologie (z.B. Pipelines und Tankstellen) sind also ähnlich, so dass es vergleichsweise unproblematisch sein dürfte, die Nutzung von Wasserstoff im großen Stil zu fördern.

Nachteile von Wasserstoff

Wasserstoff hat viele Vorteile, aber auch einige beträchtliche Nachteile:

• Er muss unter hohem Druck und bei sehr niedrigen Temperaturen transportiert werden. Allein durch die zur Kühlung erforderliche Energie wird er weniger kosteneffizient.
• Die Nutzungskette von Wasserstoff ist teilweise ineffizient. So werden bei der Herstellung von Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser lediglich 80% des dazu verwendeten Stroms tatsächlich in Wasserstoff umgewandelt. Der Rest geht durch Wärme oder Reibung verloren.
• Auch beim Verbrauch von Wasserstoff bestehen Ineffizienzen. Wenn mit Hilfe einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff Strom erzeugt wird, liegt die Energieausbeute lediglich bei rund 60%.² Dieser Wert sinkt bei der Verbrennung von Wasserstoff in einer Wasserstoffturbine gegebenenfalls auf lediglich 29%³. Eine Lithium-Ionen-Batterie bietet dagegen über eine Lebensdauer von zehn Jahren hinweg einen Energieeffizienzgrad von rund 80%.⁴

Wasserstoff leistet dennoch einen wichtigen Beitrag

Wasserstoff löst das Problem der Energiespeicherung nicht perfekt. Batterien z.B. sind zwar energieeffizienter als Wasserstoff, haben jedoch nur beschränkte Kapazitäten. Mit Hilfe von Wasserstoff lässt sich mehr Energie zu sehr viel niedrigeren Kosten als in Batterien speichern, weshalb Wasserstoff eine gute Lösung für Windparks bzw. für das Stromnetz insgesamt ist.

Darüber hinaus werden durch Speicherlösungen allein noch keine CO₂-Emissionen eingespart, solange ein großer Teil der Stromerzeugung auf fossilen Brennstoffen beruht. Bessere Speichertechniken können allerdings dazu beitragen, dass erneuerbare Energien flächendeckend eingeführt werden. Derzeit haben Kohle, Erdgas und Atomenergie noch große Anteile am Strommix (vgl. Grafik). Für eine spürbare Reduzierung der CO₂-Emissionen muss der Anteil erneuerbarer Energien sehr viel höher sein.

Der International Renewable Energy Agency (IRENA) zufolge müssten die installierten Kapazitäten von Onshore- bzw. Offshore-Windparks im kommenden Jahrzehnt verdreifacht bzw. verzehnfacht werden, wenn das Ziel einer Beschränkung der globalen Erwärmung bei höchstens 2 Grad Celsius bis 2050 erreicht werden soll.⁵ Ohne Speichertechnologien wie Wasserstoff wäre ein solch massiver Ausbau der erneuerbaren Energien sinnlos und könnte sogar ein Risiko für die Stromnetze weltweit darstellen.

Für einen erfolgreichen Klimaschutz muss die Welt ihren Energiemix verändern

Quelle: IE, Bloomberg NEF; NEO = New Energy Outlook

Die „Suiso Frontier“ könnte also in der Tat den Beginn der Wasserstoffwirtschaft auslösen und es könnte in den kommenden Jahren einen nie dagewesenen Ausbau der Kapazitäten erneuerbarer Energie geben.

• Japan könnte eine führende Rolle bei der Entwicklung neuer Wasserstofftechnologien spielen. Immerhin wurde dort die „Suiso Frontier“ gebaut, und das Land scheint die Leistungen seiner Wasserstoffindustrie präsentieren zu wollen – nicht zuletzt bei den Olympischen Spielen 2021, bei denen das olympische Feuer mit Wasserstoff – und damit erstmals emissionsfrei - brennen soll.
• In der ersten Phase der Wasserstoffstrategie der Europäischen Union sollen Wasserstoffelektrolyseanlagen mit einer Kapazität von mindestens sechs Gigawatt in der EU installiert und bis 2024 bis zu eine Million Tonnen Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugt werden. Bis 2050 sollen in allen Sektoren, in denen eine Senkung der CO₂-Emissionen bisher nur schwer zu erreichen war, auf breiter Front Wasserstofftechnologien eingeführt werden.

Anlegern dürften sich jedoch zunehmend Möglichkeiten bieten, in diese potenziell bahnbrechende Technologie zu investieren. Wasserstoff ist aber eben nur ein Aspekt im Gesamtbild der Energiewende.⁶