21.01.22 Blaue Brücke Autor*in: Jost Burger • Lesedauer: 5 min.

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Zusammenfassung

Klimaneutral erzeugter „grüner“ Wasserstoff gilt als wichtiger Baustein für die Erreichung der weltweiten Klimaziele. Doch bis er in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht, wird es noch lange dauern. In der Zwischenzeit kann blauer Wasserstoff als Übergangslösung dienen.

Wasserstoff steht nicht nur an erster Stelle im Periodensystem der Elemente – auch bei den Kernbausteinen der Energiewende belegt er einen Spitzenplatz. Der Grund: Bei seiner Verbrennung entsteht kein CO2, sondern nur Wasser. Das prädestiniert Wasserstoff als klimafreundlichen Energieträger für Brennstoffzellen in Autos oder Zügen und als Dieselersatz in Wasserstoff-Verbrennungsmotoren von reichweitreichenstarken LKWs. Auch Koks und Kohle kann er ersetzen und so CO2-Emissionen reduzieren, zum Beispiel in der Stahlindustrie.



Doch woher stammt der Wasserstoff? Als reines Element, also ungebunden, kommt er in der Natur kaum vor. Das Gas muss darum industriell hergestellt werden, und je nach Produktionsverfahren wird Wasserstoff nach einem Farbsystem unterteilt: Roter Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse von Wasser unter Einsatz von Atomstrom. Für grünen Wasserstoff hingegen kommt Strom aus erneuerbaren Quellen zum Einsatz, für gelben Wasserstoff der Strommix aus dem Netz. Von türkisem Wasserstoff spricht man, wenn Methan per Pyrolyse in Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten wird.

Orange heißt Wasserstoff, der aus Biomasse, Biokraftstoff, Biogas und Biomethan gewonnen wird. Für grauen Wasserstoff werden fossile Ausgangsprodukte – vor allem Erdgas, aber auch Braun- und Steinkohle – eingesetzt, wobei das dabei entstehende CO2 in die Atmosphäre gelangt. Dieser graue Wasserstoff macht aktuell den größten Anteil am verfügbaren Angebot aus. Daneben gibt es noch blauen Wasserstoff: Das ist grauer Wasserstoff, bei dessen Herstellung das entstehende CO2 aufgefangen und gespeichert wird. Das minimiert seinen Einfluss aufs Klima.

Ziel: 14 Terawattstunden grüner Wasserstoff im Jahr 2030

Einzig grüner Wasserstoff gilt als völlig klimaneutral. Auf ihn konzentriert sich die Nationale Wasserstoffstrategie, die von der ehemaligen Bundesregierung 2020 beschlossen wurde. Dort heißt es, man strebe für 2030 die Produktion von jährlich 14 Terawattstunden (TWh) grünem Wasserstoff an. Zur Einordnung: Bereits heute verbraucht die Industrie 55 bis 60 TWh, und die Wasserstoffstrategie geht für 2030 von einem Bedarf von 90 bis 110 TWh aus. Es besteht also eine immense Lücke zwischen der Nachfrage nach grünem Wasserstoff und der künftigen inländischen Produktionsmenge.



Die neue Bundesregierung hat im Koalitionsvertrag festgehalten, die bestehende Wasserstoffstrategie nicht nur weiterzuführen, sondern sie sogar noch auszubauen. Die bisher für 2030 geplante installierte Elektrolyseleistung für grünen Wasserstoff soll auf 10 GW verdoppelt werden. Außerdem will die Koalition bestehende Importvereinbarungen – etwa im Rahmen des Projekts „H2Global“ – ausbauen. H2Global ist eine privatwirtschaftliche Stiftung, die über eine Tochterfirma am Markt grünen Wasserstoff aufkauft und an Verbraucher in Deutschland zu einem Festpreis weiterverkauft. Da die Einkaufspreise für grünen Wasserstoff am Weltmarkt derzeit noch höher sind als die zu erzielenden Verkaufspreise in Deutschland, stellt die Bundesregierung für die kommenden zehn Jahre 900 Millionen Euro zur Verfügung, um die Differenz auszugleichen. Mit diesem „Contract for Difference“ genannten Instrument übernimmt der Staat die Preisdifferenz von importiertem grünen Wasserstoff im Vergleich zu fossilem Wasserstoff, bis sich die Marktpreise angepasst haben.

Übergangsweise blau statt grün

Klar ist dennoch: Grüner Wasserstoff wird auf absehbare Zeit nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung stehen. In den Fokus gerät deshalb der blaue Wasserstoff. Er könnte als Übergangslösung dienen, bis genug grüner Wasserstoff in Deutschland verfügbar ist.

Blauer Wasserstoff wird zunächst wie grauer Wasserstoff hergestellt. Das am häufigsten verwendete Verfahren ist die Dampfreformierung. Ausgangsstoff ist meist Erdgas, dem bei hohen Temperaturen Wasserdampf zugesetzt wird. Am Ende des chemischen Prozesses entstehen Wasserstoff und Kohlendioxid. Im Gegensatz zu grauem Wasserstoff gelangt das entstandene CO2 bei blauem Wasserstoff aber nicht in die Atmosphäre. Stattdessen wird es abgeschieden und geologisch gespeichert, entweder auf dem Festland (dann spricht man von „Carbon Capture and Storage“, CCS) oder im Meeresboden („Carbon Capture Offshore Storage“, CCOS).

Diskussion über die Klimafolgen

Der Vorteil der „blauen Brücke“: Es gibt schon heute viel grauen Wasserstoff aus Erdgas, denn die Technik der Dampfreformierung ist etabliert und wirtschaftlich. Uneinigkeit herrscht aber darüber, wie viel Treibhausgasemissionen die Herstellung von blauem Wasserstoff verursacht. Eine gemeinsame Studie der US-Universitäten Cornell und Stanford kam im vergangenen Jahr zum Schluss, dass der CO2-Fußabdruck von blauem Wasserstoff lediglich neun bis zwölf Prozent kleiner sei als der des grauen Wasserstoffs. Die Gründe: Das während der Dampfreformierung entstehende CO2 werde nicht vollständig aufgefangen, zudem verursache Auffangen, Weitertransport und unterirdische Speicherung zusätzlichen Energieverbrauch mit entsprechenden Treibhausgasemissionen.

Die in der Studie getroffenen Annahmen sind aber umstritten. Eine aktuelle Studie des schweizerischen Paul Scherrer Instituts kommt zum Ergebnis: Wenn modernste Methoden zur CO2-Abscheidung, zur Förderung und vor allem zum Transport des Erdgases eingesetzt werden, ist blauer Wasserstoff sehr wohl ein Beitrag zum Klimaschutz.

Die Herkunft ist entscheidend

Auf die Bedeutung der Herkunft verweist Norman Gerhardt, Leiter Energiewirtschaft und Systemanalyse am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik: Wenn überhaupt, dann seien Wasserstoffimporte nur gasförmig per Pipeline wettbewerbsfähig. Zudem könne das Erdgas für blauen oder türkisen Wasserstoff langfristig nur aus Sibirien kommen, da die europäischen Gasvorkommen begrenzt seien. „Damit sind aber höhere Emissionen durch das unkontrollierte Entweichen von Methan bei der Förderung und gegebenenfalls auch beim Transport per Pipeline verbunden“, so der Experte. Demgegenüber verursache die Offshore-Förderung in der Nordsee deutlich geringere Emissionen als die Onshore-Förderung in Russland. Aus Klimasicht sei das keine realistische Option, weswegen Gerhardt blauen Wasserstoff allenfalls als Brückenoption sieht – und auch nur, wenn er aus europäischen Quellen stammt. Per Schiff könnten dagegen Produkte wie synthetisches Kerosin oder Ammoniak auf Basis von grünem Wasserstoff importiert werden.

Uwe Weichenhain, Partner bei Roland Berger und Experte für Energie und Infrastruktur, hat einen pragmatischen Blick auf das Thema: „Grauer Wasserstoff verursacht 12 bis 17 Kilogramm CO2-Äquivalente pro Kilogramm Wasserstoff. Bei blauem Wasserstoff liegt die Bilanz bei vier bis acht Kilogramm – je nachdem, wie Sie rechnen. Das ist doch immer noch besser als nichts.“ Weichenhain verweist auf die enge Verbindung der Erdgasindustrie mit der Produktion von blauem Wasserstoff. „Die großen Erdgasproduzenten werden in das Thema einsteigen. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit sind hier CO2-Transport und Speicherung.“ Er glaubt, dass der grüne Wasserstoff in Europa auf absehbare Zeit nicht in den notwendigen Mengen verfügbar sein wird – und dass die Farbe Blau daher noch eine lange Zeit eine wichtige Rolle in der Wasserstoffwirtschaft spielen wird.

Norwegen: Vorreiter beim blauen Wasserstoff

In der Praxis erprobt das zum Beispiel schon heute das norwegische Gasförderunternehmen Equinor. Das Projekt „H2morrow steel“ sieht vor, ab 2027 norwegisches Erdgas über die bestehende Infrastruktur zu Wasserstoffproduktionsanlagen vor der deutschen oder niederländischen Küste zu transportieren. Das abgeschiedene CO2 wird im Festlandsockel vor der norwegischen Küste verpresst. Der blaue Wasserstoff soll über reine Wasserstoffleitungen zu Stahlwerken der ThyssenKrupp AG in Duisburg fließen.

Der Internationale Verband der Öl- und Gasproduzenten (IOGP) listet über 60 Projekte in Europa auf, die sich mit dem Abscheiden, der Verpressung und der Weiterverwendung von CO2 beschäftigen, das bei der Wasserstoffproduktion entsteht. Noch stehen die meisten Projekte in den Startlöchern – doch schon heute ist klar: Blauer Wasserstoff wird für die Energiewirtschaft noch lange eine wichtige Rolle spielen.

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