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Wasserstoff – ein vielseitiger Energieträger

Die Anwendungen von Wasserstoff sind so vielfältig wie das Element selbst. Wasserstoff wird in der Industrie bereits lange zum Beispiel zur Herstellung von Düngemitteln und zur Raffinierung von Mineralöl verwendet. Zunehmend rücken auch andere Sektoren und Anwendungen des Wasserstoffs in den Fokus: Im Bereich Mobilität, Wärme und Elektrizität eröffnet Wasserstoff vor dem Streben nach Klimaneutralität interessante Möglichkeiten. In welchen Bereichen Wasserstoff eingesetzt werden kann, welche Bedeutung das Element für den Klimaschutz und die Energiewende hat und welche Herausforderungen es gibt, erfahren Sie hier.

In welchen Bereichen kann Wasserstoff eingesetzt werden?

Wasserstoff ist ein vielseitiges Element, das Verbindungen mit vielen anderen Stoffen eingehen kann. In Verbindung mit Sauerstoff ergibt Wasserstoff Wasser und in Verbindung mit Stickstoff beispielsweise Ammoniak. In der chemischen Industrie wird Wasserstoff daher zur Herstellung von Stickstoffdünger genutzt und in Erdölraffinerien zur Veredelung von Mineralöl. Neue Verfahren zur Herstellung von grünem Wasserstoff, das heißt vollkommen CO2-freiem Wasserstoff, eröffnen neue Möglichkeiten, Wasserstoff in verschiedenen Sektoren der Energiewirtschaft als klimafreundliche und zukunftsweisende Alternative einzusetzen und die Energiewende voranzubringen.

Wasserstoff Anwendungen Foto: 9nong / Adobe Stock

Rückverstromung

Grüner Wasserstoff wird durch sogenannte Elektrolyse hergestellt. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Da Wasserstoff ein effizienter Energieträger ist, kann das Elektrolyse-Verfahren auch zur indirekten Speicherung von Strom und anschließender Rückverstromung genutzt werden. Insbesondere die erneuerbaren Energiequellen unterliegen saisonalen Schwankungen, sodass zu bestimmten Zeiten mehr Strom erzeugt wird, als genutzt werden kann, und zu anderen Zeiten zu wenig Strom zur Verfügung steht. Überschüssiger Strom kann so mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und in Kavernenspeichern gelagert werden. Wird dann wieder mehr Strom benötigt, kann der Wasserstoff in einem umgekehrten Elektrolyse-Prozess in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff verbunden werden, wodurch sehr viel Energie entsteht. Diese Energie kann dann zurück ins Stromnetz gespeist werden. Wasserstoff bietet damit eine Lösung dafür, dass der aus erneuerbaren Energien gewonnene Strom nicht langfristig gelagert werden kann. Alternativ kann der gespeicherte Wasserstoff auch durch Hinzufügen von CO2 in Methan und Wasser umgewandelt und anstelle von gefördertem Erdgas der Erdgasinfrastruktur zugeführt werden.

Wasserstoff Anwendungen Foto: Litho

Mobilität

Im Mobilitätssektor erhält die Abkehr von fossilen Brennstoffen, beispielsweise in Form von Benzin und Diesel, eine immer größere Bedeutung. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge sind auf den Straßen bereits sehr präsent. Insbesondere schwere Lastenfahrzeuge wie LKW und Transportwagen verbrauchen auf Langstrecken allerdings sehr viel Energie. Als Alternative zur Batterie kann hier eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle mit großer Reichweite fungieren. In der Brennstoffzelle verbinden sich Sauerstoff und Wasserstoff und erzeugen Energie und Wasser. Fahrzeuge mit Brennstoffzelle können an speziellen Tankstellen mit Wasserstoff betankt werden – ihre besonders schnelle Tankzeit ist dabei ein weiterer Vorteil gegenüber Elektrobatterien. Die flächendeckende Errichtung von Wasserstoff-Tankstellen befindet sich jedoch erst im Aufbau.

Neben Transportflotten bieten sich mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge auch im Personennahverkehr und Stadtverkehr an. Busse und Müllabfuhrwagen zum Beispiel befördern ein großes Gewicht und legen täglich eine kalkulierbare Reichweite zurück, sodass sie am Tagesende im Fuhrpark bequem wieder mit Wasserstoff betankt werden können. Auf bestimmten Strecken gibt es darüber hinaus bereits Pilotprojekte, die den Einsatz von Wasserstoff-Zügen testen. Gerade an Trassen, an denen noch keine Strom-Oberleitung verlegt wurde oder sich der Bau dieser schwierig gestaltet, ist der Betrieb mittels Brennstoffzelle und Wasserstoff eine lohnenswerte Alternative

 
Wasserstoff Anwendungen Foto: Gina Sanders / Adobe Stock

Industrie

Große Teile der Industrie nutzen weiterhin fossile Brennstoffe und stoßen viel CO2 aus. Die Stahlerzeugung, Glasproduktion und Ammoniakproduktion nutzen beispielsweise Kohle oder Erdgas, um ihre Fabriken zu betreiben. Eine Umstellung auf elektrisch betriebene Prozesse ist nicht immer möglich. Grüner Wasserstoff hingegen kann Erdgas ersetzen und zu immensen Emissionseinsparungen führen. In Kraftwerken kann Wasserstoff darüber hinaus zum Beispiel als Kühlmittel angewendet werden, da er über eine hohe Wärmekapazität verfügt. 

Wasserstoff Anwendungen Foto: weixx / Adobe Stock

Wärme

Die Speicherung und Rückverstromung von Wasserstoff mittels umgekehrter Elektrolyse bietet auch Potenzial für den Wärme- und Heizungssektor. Bei der Umwandlung von Wasserstoff in Energie entwickelt sich neben Wasser auch große Wärme. Diese kann perspektivisch auch zum Heizen von Gebäuden genutzt werden. Besonders ältere Gebäude, die noch nicht auf Elektroheizungen umgestellt wurden, bieten mit den vorhandenen Gasleitungen die besten Voraussetzungen für eine Beheizung mit Wasserstoff. Auch Anlagen zur Wärmeerzeugung im Fern- und Nahwärmenetz könnten mit grünem Wasserstoff klimaneutral betrieben werden, müssten dazu aber technisch umgerüstet werden.

Weitere Anwendungsgebiete

Wasserstoff wird des Weiteren zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren wie E-Fuels verwendet. Mit zunehmender Weiterentwicklung könnten diese E-Fuels dazu beitragen, die Emissionen im Fern- und Schiffsverkehr zu senken

Die Wasserstoff-Anwendungen und Klimaschutz

Die Nutzung von Wasserstoff bietet somit viel Potenzial zum Schutz des Klimas und zur Umsetzung der Energiewende. Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energiequellen kann in Form von Wasserstoff als chemische Energie speicherbar und damit lange nutzbar gemacht werden. Im Mobilitätssektor stellen mit Wasserstoff und Brennstoffzelle betriebene Fahrzeuge eine sinnvolle Ergänzung zu Elektrofahrzeugen dar. Als Ersatz für Erdgas ist Wasserstoff in der Industrie geeignet, Emissionen zu reduzieren. Langfristig ist hier eine komplette Umstellung von blauem Wasserstoff, bei dessen Herstellung CO2 entsteht und unterirdisch gelagert wird, zu grünem Wasserstoff im Sinne des Klimaschutzes am besten. Mit sogenannten „Power-to-Gas“-Verfahren kann Strom mithilfe von Wasserstoff klimafreundlich in Erdgas umgewandelt werden. Zudem ergeben sich neue und effiziente Heizmöglichkeiten und auf Wasserstoffbasis hergestellte E-Fuels bringen klimaschonende Perspektiven für den Fern- und Schiffsverkehr. Die gesamte Energiewirtschaft kann somit von Energiesystemen mit Wasserstoff profitieren. Wasserstoff stellt daher ein zentrales Puzzlestück auf dem Weg der Energiewende dar.

Ziele und Herausforderungen der Wasserstoff-Anwendungen

Mithilfe der vielfältigen Anwendungen von Wasserstoff können in der Energiewirtschaft zahlreiche Ziele erreicht werden. Trotz des großen Potenzials für Energiesysteme stehen die Wasserstoff-Anwendungen gleichzeitig auch vor Herausforderungen. 

 

Ziele von Wasserstoff-Anwendungen

Als übergeordnetes Ziel fast aller Wasserstoff-Anwendungen kann die Klimaneutralität aller Energiesysteme betrachtet werden. Grüner Wasserstoff ist vollkommen emissionsfrei und kann daher bedenkenlos eingesetzt werden. Als Ersatz für Erdgas schont Wasserstoff nicht nur das Klima, sondern bietet auch eine Alternative zur aufwendigen und kontroversen Förderung von Erdgas. Auch im Mobilitätssektor erweitert die Anwendung von Wasserstoff die Möglichkeiten und hat zum Ziel, auch schweren Lastenfahrzeugen emissionsfreies Fahren zu ermöglichen. Ein großes Ziel der Anwendungen von Wasserstoff ist darüber hinaus die Sektorkopplung. Wasserstoff vernetzt die drei Sektoren der Energiewirtschaft Elektrizität, Mobilität und Wärmeversorgung und bietet sektorumfassende Lösungen.

 

Herausforderungen von Wasserstoff-Anwendungen

Mit dem großen Potenzial, das Wasserstoff für den Klimaschutz birgt, sind auch Herausforderungen verknüpft. Zum einen muss gewährleistet sein, dass der in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommende Wasserstoff grün ist, das heißt nur mittels erneuerbarer Energien gewonnen wurde. Zum anderen stehen viele der Wasserstoff-Anwendungen in den verschiedenen Sektoren erst am Anfang. Für eine realistische Nutzung von mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen müsste ein flächendeckendes Netz an Wasserstoff-Tankstellen zur Verfügung stehen. Auch für die Wärme- und Heizungsnutzung müssten vielerorts noch die technischen Voraussetzungen geschaffen beziehungsweise die bestehenden Systeme umgestellt werden. Für die Rückverstromung notwendige Kavernenspeicher sollten ebenfalls in großem Stil gebaut werden. Durch die Vielzahl an Wasserstoff-Anwendungen an verschiedenen Orten stellt der Transport des Stoffes ebenfalls eine Herausforderung dar.

Nichtsdestotrotz sind die meisten dieser Herausforderungen dem vergleichsweise jungen Alter und der erst jetzt steigenden Popularität von Wasserstoff-Anwendungen geschuldet. Die Bundesregierung hat sich 2020 mit ihrer Nationalen Wasserstoffstrategie für die Förderung der Wasserstoffwirtschaft ausgesprochen, sodass in Zukunft viele Herausforderungen überwunden werden können. EWE sieht Wasserstoff als eines der Schlüsselelemente für einen nachhaltigen und erfolgreichen Klimaschutz.

 

Der Wasserstoff-Hub in Huntorf

Unsere Expertinnen und Experten für Wasserstoff erklären, wie die Wertschöpfungskette rund um den nachhaltigen Energieträger aussieht und wie wir die Sonne jederzeit in den Wasserstofftank bekommen. Als Beispiel hierfür fungiert unser Wasserstoff-Hub im oldenburgischen Huntorf. Dieser wird heute als Erdgasspeicher genutzt.

Häufige Fragen zu Wasserstoff-Anwendungen

Ist Wasserstoff ein Energieträger?

Ja, Wasserstoff ist ein Energieträger, da durch Wasserstoff Energie erzeugt und mittelbar gespeichert werden kann. Durch umgekehrte Elektrolyse kann Wasserstoff in Strom, Wärme und Wasser umgewandelt werden. Darüber hinaus kann aus überschüssigem und ungenutztem Strom mittels Elektrolyse Wasserstoff entstehen, gespeichert und bei Bedarf im umgekehrten Verfahren wieder als Rückverstromung ins Energiesystem genutzt werden. Dies macht Wasserstoff zu einem sehr vielseitigen Energieträger. 

Wo liegen die Vorteile von Wasserstoff

Wasserstoff bietet als vielfältiger Energieträger folgende Vorteile für die Energiewirtschaft:

 

  • Ist als grüner Wasserstoff vollkommen klimaneutral herzustellen
  • Kann aus Strom gewonnen und wieder zurück in Strom umgewandelt werden
  • Verbindet die Sektoren Mobilität, Wärmeversorgung und Elektrizität
  • Kann Kohle und Erdgas ersetzen
  • Kann als Brennstoff, Kühl- und Heizmittel eingesetzt werden
  • Bietet vielfältige Möglichkeiten, klimaschädliche Industrien klimaneutral werden zu lassen
 

Wo wird Wasserstoff als Energie benutzt?

Wasserstoff wird als Energieträger im Mobilitätssektor als Antrieb für Fahrzeuge, Züge und vereinzelt sogar Schiffe und Flugzeuge genutzt. Darüber hinaus kann Wasserstoff als chemischer Speicher von elektrischer Energie verwendet werden, da überschüssiger Strom als Wasserstoff langfristig gespeichert und bei Bedarf wieder in Strom umgewandelt werden kann. Auch als Heizmittel eignet sich die durch Wasserstoff freigesetzte Energie. Noch wird Wasserstoff nicht flächendeckend für diese Zwecke eingesetzt, doch Bemühungen in Forschung, Politik und Industrie treiben den Ausbau der Wasserstoffwirtschaft stetig voran.

Wofür wird Wasserstoff verwendet?

Wasserstoff wird als chemisches Element zur Herstellung von Düngemittel und Raffinierung von Mineralöl sowie als Kühlmittel für Kraftwerke genutzt. Zudem kann Wasserstoff als Speicher sowie Produzent elektrischer Energie in vielen Industriezweigen verwendet werden. Kraftwagen, Züge und weitere Verkehrsmittel können mit Wasserstoff und einer Brennstoffzelle betrieben werden und große Reichweiten erreichen. Für die Beheizung von Häusern und den Betrieb ehemals auf Kohle oder Erdgas angewiesener Fabriken eignet sich Wasserstoff ebenso. Als emissionsfrei herzustellender Ersatz von Erdgas kann Wasserstoff zudem die aufwendige und umstrittene Förderung von natürlich vorkommendem Erdgas ersetzen. Viele dieser Anwendungsbereiche befinden sich noch im Aufbau, werden aber zunehmend an Bedeutung gewinnen.

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