Wasserstoff - Einsatzmöglichkeiten

Wasserstoff ist ein vielseitiges Element, das Verbindungen mit vielen anderen Stoffen eingehen kann. In Verbindung mit Sauerstoff entsteht Wasser, in Verbindung mit Stickstoff beispielsweise Ammoniak. In der chemischen Industrie wird Wasserstoff unter anderem zur Herstellung von Ammoniak als Ausgangsstoff für Stickstoffdünger genutzt. Auch in Erdölraffinerien kommt Wasserstoff bei der Verarbeitung von Mineralöl zum Einsatz.

Durch die Herstellung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien ergeben sich weitere Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen der Energiewirtschaft. Bei der Elektrolyse selbst entstehen keine direkten CO₂-Emissionen. Die gesamten Treibhausgasemissionen hängen jedoch auch von der Herstellung und Bereitstellung der benötigten Anlagen und Energie ab.

Im EWE-Netzgebiet wird viel Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt. Zeitweise kann das Stromangebot den regionalen Verbrauch übersteigen. Um diese Strommengen besser in das Energiesystem zu integrieren, bietet die Wasserstofftechnologie verschiedene Möglichkeiten.

Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann zur Herstellung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse genutzt werden. Der Wasserstoff lässt sich anschließend speichern und über dafür geeignete oder entsprechend umgerüstete Gasleitungen transportieren. Bei Bedarf kann er beispielsweise in der Industrie oder im Verkehr eingesetzt werden. Bei der Elektrolyse entstehen keine direkten CO₂-Emissionen. Bei der Bereitstellung des Stroms, der Speicherung und dem Transport können jedoch Treibhausgasemissionen anfallen.

Wasserstoff ermöglicht es, Energie über längere Zeiträume zu speichern und bei Bedarf wieder bereitzustellen. Damit kann er eine Ergänzung zu anderen Speichertechnologien darstellen.

Die EWE-Regionen verfügen über wichtige Voraussetzungen für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft, darunter Erfahrung im Umgang mit Energieinfrastruktur, Erzeugungsanlagen für erneuerbare Energien sowie Unternehmen und Dienstleister aus dem Energiesektor.

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse hergestellt. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dieses Verfahren ermöglicht es, elektrische Energie in Form von Wasserstoff chemisch zu speichern und bei Bedarf wieder zur Stromerzeugung zu nutzen.

Da die Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie wetterabhängig ist, können zeitweise größere Strommengen zur Verfügung stehen, als unmittelbar benötigt werden. Überschüssiger Strom kann dann zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden, der beispielsweise in geeigneten Kavernenspeichern gespeichert wird.

Wird zu einem späteren Zeitpunkt wieder Strom benötigt, kann der Wasserstoff beispielsweise in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff reagieren. Dabei wird ein Teil der gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie umgewandelt und kann dem Stromnetz zur Verfügung gestellt werden. Bei der Herstellung, Speicherung und Rückverstromung entstehen allerdings Energieverluste.

Wasserstoff bietet damit eine Möglichkeit, Energie aus erneuerbaren Quellen langfristig zu speichern. Alternativ kann Wasserstoff unter Zugabe von CO₂ zu synthetischem Methan weiterverarbeitet werden. Dieses kann bei entsprechender Gasqualität und Einhaltung der technischen Anforderungen in die vorhandene Gasinfrastruktur eingespeist werden.

Im Mobilitätssektor gewinnt die Abkehr von fossilen Kraftstoffen wie Benzin und Diesel zunehmend an Bedeutung. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge sind bereits weit verbreitet. Insbesondere bei schweren Nutzfahrzeugen und auf langen Strecken kann neben batterieelektrischen Antrieben auch Wasserstoff eine mögliche Alternative darstellen.

In Brennstoffzellenfahrzeugen reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander. Dabei wird elektrische Energie erzeugt, die den Elektromotor antreibt. Als Reaktionsprodukt entsteht Wasser. Fahrzeuge mit Brennstoffzelle können an speziellen Wasserstofftankstellen betankt werden. Die Betankung kann vergleichsweise schnell erfolgen, allerdings ist die dafür erforderliche Tankstelleninfrastruktur noch nicht flächendeckend verfügbar.

Neben dem Güterverkehr kommt Wasserstoff auch für bestimmte Anwendungen im öffentlichen Personennahverkehr und bei kommunalen Fahrzeugflotten infrage. Busse und Müllfahrzeuge beispielsweise fahren häufig planbare Strecken und können zentral betankt werden. Auch im Schienenverkehr werden Wasserstoffzüge eingesetzt beziehungsweise erprobt. Insbesondere auf nicht elektrifizierten Strecken können sie unter bestimmten technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen eine Alternative zu dieselbetriebenen Zügen darstellen.

Welche Antriebstechnologie im Einzelfall geeignet ist, hängt unter anderem vom Energiebedarf, der verfügbaren Infrastruktur und der Wirtschaftlichkeit ab.

Viele Industrieprozesse sind weiterhin auf fossile Energieträger und fossile Rohstoffe angewiesen. Beispielsweise kommen bei der Stahlherstellung, in der Glasindustrie und bei der Produktion von Ammoniak unterschiedliche fossile Energieträger zum Einsatz. Eine direkte Umstellung auf elektrische Verfahren ist nicht in allen Anwendungen technisch oder wirtschaftlich ohne Weiteres möglich.

Grüner Wasserstoff kann in bestimmten Industrieprozessen fossile Energieträger oder konventionell hergestellten Wasserstoff ersetzen. Dadurch lassen sich je nach Anwendungsfall Treibhausgasemissionen reduzieren. Beispielsweise kann Wasserstoff bei der Herstellung von direktreduziertem Eisen als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Auch in der chemischen Industrie ist Wasserstoff ein wichtiger Ausgangsstoff.

Darüber hinaus wird Wasserstoff aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bereits als Kühlmittel in bestimmten Generatoren eingesetzt.

Der Ausbau der Wasserstoffwirtschaft kann neue wirtschaftliche Entwicklungsmöglichkeiten und Arbeitsplätze schaffen. Insbesondere Norddeutschland bietet mit der Stromerzeugung aus Windenergie, seinen Hafenstandorten und bestehenden Energieinfrastrukturen wichtige Voraussetzungen für die Herstellung und Nutzung von grünem Wasserstoff.

Wasserstoff kann unter bestimmten Voraussetzungen auch in der Wärmeversorgung eingesetzt werden. Beispielsweise entsteht bei der Nutzung von Wasserstoff in einer Brennstoffzelle neben elektrischer Energie auch Wärme. Diese kann bei geeigneter technischer Auslegung zur Beheizung von Gebäuden oder zur Versorgung von Wärmenetzen genutzt werden.

Darüber hinaus kann Wasserstoff grundsätzlich als Brennstoff in entsprechend ausgelegten Heizungs- oder Wärmeerzeugungsanlagen dienen. Dafür müssen die eingesetzten Anlagen und die vorhandene Gasinfrastruktur technisch geeignet sein oder entsprechend angepasst werden.

Bei der Herstellung und anschließenden Nutzung von Wasserstoff treten jedoch Energieverluste auf. Für die Beheizung einzelner Gebäude ist die direkte Nutzung von Strom, beispielsweise durch Wärmepumpen, daher häufig energieeffizienter. Wasserstoff könnte vor allem dort eine Rolle spielen, wo seine Nutzung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist und andere Möglichkeiten der Wärmeversorgung nur eingeschränkt zur Verfügung stehen.

Welche Bedeutung Wasserstoff künftig für die Wärmeversorgung haben wird, hängt unter anderem vom Ausbau der Infrastruktur, den verfügbaren Wasserstoffmengen und den regulatorischen Rahmenbedingungen ab.

Wasserstoff kann in verschiedenen Bereichen zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beitragen. Voraussetzung dafür ist insbesondere, dass bei seiner Herstellung und Bereitstellung möglichst geringe Treibhausgasemissionen entstehen und er in geeigneten Anwendungen eingesetzt wird.

Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und in Form chemischer Energie gespeichert werden. Im Mobilitätssektor können Brennstoffzellenfahrzeuge unter bestimmten Voraussetzungen eine Ergänzung zu batterieelektrischen Fahrzeugen darstellen. In der Industrie kann grüner Wasserstoff fossile Energieträger und konventionell hergestellten Wasserstoff ersetzen und dadurch Treibhausgasemissionen reduzieren.

Langfristig kann der verstärkte Einsatz von grünem Wasserstoff dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu verringern. Blauer Wasserstoff, bei dessen Herstellung ein Teil des entstehenden CO₂ abgeschieden und gespeichert wird, kann unter bestimmten Voraussetzungen als Übergangslösung dienen. Entscheidend für die Bewertung sind die gesamten Treibhausgasemissionen der jeweiligen Herstellungsverfahren.

Mit sogenannten Power-to-Gas-Verfahren kann Strom zunächst zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden. Dieser lässt sich unter Zugabe von CO₂ zu synthetischem Methan weiterverarbeiten. Die damit verbundenen Treibhausgasemissionen hängen unter anderem von der eingesetzten Energie und der Herkunft des CO₂ ab.

Wasserstoff kann somit ein wichtiger Bestandteil eines Energiesystems sein, das zunehmend auf erneuerbaren Energien basiert..

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. Trotz dieser unterschiedlichen Herausforderungen wird Wasserstoff als Energieträger eine elementare Rolle für die Energiewende und die Klimaneutralität einnehmen. Eine hohe Diversität der Lösungsansätze zahlt letztlich auf das Erreichen eben dieser Ziele ein.