Kohlenstoff war gestern, Wasserstoff soll's richten: Klimaneutral produziert ist das Gas für die Bundesregierung nicht weniger als ein «Schlüsselelement für die Energiewende». Doch der Weg zu einer funktionierenden Wasserstoffwirtschaft ist lang.

Essen/Hamburg (dpa) - Wunderstoff Wasserstoff: Kein anderes Element soll auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045 eine so große Rolle spielen wie «Hydrogenium», in chemischen Formeln schlicht «H».

Voraussetzung: Er wird «grün» hergestellt, also klimaneutral mit Ökostrom. Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck (Grüne) und der kanadische Energieminister Jonathan Wilkinson unterzeichneten am Dienstag (23.08.2022) im kanadischen Stephenville ein Abkommen, das zum Export von Wasserstoff von Kanada nach Deutschland ab dem Jahr 2025 führen soll. Habeck bezeichnete die Einigung als Meilenstein.
 

Auf der Erde kommt der Hoffnungsträger nicht in Reinform vor, sondern nur in Verbindung mit anderen Elementen, vor allem mit Sauerstoff, nämlich als Wasser (H2O). Als Grundstoff für die chemische Industrie wird Wasserstoff schon lange verwendet, etwa zur Herstellung von Ammoniak, einer Ausgangsbasis für Düngemittel. Als Energieträger zur Stromerzeugung kommt Wasserstoff etwa in Autos mit Brennstoffzellen zum Einsatz.
 

In Deutschland werden laut Nationaler Wasserstoffstrategie (NWS, 2020) jährlich rund 1,65 Millionen Tonnen Wasserstoff mit einem Energiegehalt von rund 55 Terawattstunden verbraucht, vor allem von der chemischen Industrie. Immer muss er zuvor mit Hilfe von Energie aus einem Ausgangsstoff abgespalten werden. Gewonnen wird er bislang überwiegend aus Methan, also dem Hauptbestandteil von fossilem Erdgas.
 

Jein. Eigentlich ist Wasserstoff immer Wasserstoff. Allerdings unterscheiden sich die Herstellungsverfahren, bei denen etwa Wasserdampf oder Strom die Energie liefern. Um am Namen die Art der Herstellung ablesen zu können, hat man Farben gewählt - wohlgemerkt nur für die Bezeichnung. Eingefärbt wird nichts.

So spricht man von «grauem» Wasserstoff, wenn bei der Herstellung das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) entweicht. Wird das Kohlendioxid gespeichert, bezeichnet man ihn als «blau». Wird dabei fester Kohlenstoff gewonnen, wird der Wasserstoff «türkis» genannt. Am liebsten ist den meisten Politikerinnen und Politikern aber «grüner» Wasserstoff, der klimaneutral mit Hilfe von Ökostrom produziert wird.

Bei dieser sogenannten Elektrolyse wird unter Einsatz von grünem Strom das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
 

Wasserstoff gilt als entscheidender Baustein im künftigen klimaneutralen Energiemix. Er soll Lücken schließen, weil nicht alles mit elektrischer Energie betrieben werden kann. «Es gibt so viele Dinge in unserem Energiesystem, im Verkehr, beim Heizen und in industriellen Prozessen, die wir direkt elektrifizieren können. Und wo immer wir etwas direkt elektrifizieren können, müssen wir das tun», sagt etwa der Chef des europäischen Windkraftverbandes Windeurope, Giles Dickson. «Aber wir können nicht alles direkt elektrifizieren.» Dort komme Wasserstoff ins Spiel, «für Teile der Schwerindustrie, für Teile des Schwerlastverkehrs, die wir durch Wasserstoff dekarbonisieren müssen».

In der Stahlindustrie etwa soll der Stoff eine zentrale Funktion übernehmen: Wo bei der Herstellung von Roheisen bislang Kohlenstoff dem Eisenerz den Sauerstoff entzieht, soll künftig Wasserstoff ran.

Abfallprodukt ist dann nicht mehr klimaschädliches CO2, sondern Wasser. Die Umstellung der Verfahren ist sehr teuer, kann aber eine große Wirkung entfalten: Die Stahlindustrie in Deutschland ist nach eigenen Angaben für rund 30 Prozent des industriellen CO2-Ausstoßes verantwortlich.
 

Für das Jahr 2030 geht die Wasserstoffstrategie von einem Bedarf von etwa 90 bis 110 Terawattstunden in Deutschland aus. Davon sollten den bisherigen Planungen zufolge bis zu 14 Terawattstunden durch neue Elektrolyseanlagen in Deutschland produziert werden. Der überwiegende Teil der Wasserstoffnachfrage werde aber importiert werden müssen.

Die Annahmen dürften sich aber ändern: Noch in diesem Jahr plant die Bundesregierung laut Koalitionsvertrag ein «ambitioniertes Update» der Strategie. Schon im Koalitionsvertrag wurde die bis 2030 im Inland geplante Erzeugungskapazität im Vergleich zur NWS verdoppelt.
 

Die Bundesregierung setzt unter anderem auf internationale Kooperationen - etwa mit Australien und Afrika, also Regionen mit reichlich Sonnenschein. Für Westafrika wurde bereits ein sogenannter Potenzialatlas zusammengestellt. Ein Ergebnis: Mit Solarstrom erzeugter Wasserstoff lässt sich in Nordafrika deutlich günstiger herstellen als in Deutschland.

Auch deutsche Unternehmen arbeiten längst an Versorgungsnetzen, um in einigen Jahren klimaneutral hergestellten Wasserstoff und Wasserstoffverbindungen wie Ammoniak nach Deutschland zu holen.

Vereinbarungen mit einem australischen Unternehmen haben etwa der Energiekonzern Eon und der Chemiekonzern Covestro geschlossen. Am Dienstag wurde bekannt, dass Eon und der Energiekonzern Uniper grünen Wasserstoff aus Kanada beziehen wollen. Er soll in Ammoniak gebunden nach Deutschland kommen.
 

Das ist die Idee. Neue Gaskraftwerke sollen daher schon jetzt «H2-ready» gebaut werden, also mit der Möglichkeit, dort später Wasserstoff zu verbrennen. Sie sollen die Stromversorgung gewährleisten, wenn kein Wind weht und keine Sonne scheint. Bislang war Erdgas als Brücke gedacht. «Erdgas ist für eine Übergangszeit unverzichtbar», heißt es noch im Koalitionsvertrag. Wie sich die Gaskrise vor dem Hintergrund des russischen Krieges gegen die Ukraine auswirken wird, ist offen. «Der ganze Krieg beschleunigt jetzt auch die grüne Wasserstoffagenda», sagte Klimastaatssekretär Patrick Graichen schon Mitte März.
 

Wo der Wasserstoff nicht direkt etwa neben einer Elektrolyseanlage in einem Chemiewerk verwendet wird, soll er über Leitungen zu den Kunden gepumpt werden. Die Gas-Fernleitungsnetzbetreiber haben längst mit entsprechenden Planungen begonnen. So soll das sogenannte H2-Netz im Jahre 2030 in Deutschland rund 5100 Kilometer lang sein. Dabei basieren rund 3700 Leitungskilometer auf bereits bestehenden, umgestellten Erdgasleitungen. Teuer wird es trotzdem: Die Investitionskosten bis dahin werden auf etwa sechs Milliarden Euro geschätzt.
 

Der ehrgeizige Plan ist für Wirtschaft und Politik eine gewaltige Herausforderung. Denn für viele der gedachten Anwendungen müssen Lösungen, die im großen Maßstab umsetzbar sind, erst noch entwickelt werden. Zudem ist grüner Wasserstoff bei weitem noch nicht in ausreichenden Mengen zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar. Und schließlich müssen erst die Verteilnetze entstehen, in denen die riesigen Mengen dorthin transportiert werden, wo sie gebraucht werden. «Wir versuchen etwas, was nie da gewesen ist, nämlich gleichzeitig eine Nachfrage, eine Infrastruktur und ein Angebot hochzufahren», fasste Falko Ueckerdt vom Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung die Aufgabe einmal zusammen.

Um sie zu schultern, hat der Bund Ende Mai 2021 ein milliardenschweres Förderpaket im Rahmen des Programms «Important Projects of Common European Interest» speziell für Wasserstoff geschnürt. Es umfasst 62 Großprojekte, die sich um die gesamte Wertschöpfungskette beim grünen Wasserstoff drehen: Die Stahl-, Chemie- und Autoindustrie kommt dabei vor, aber auch Elektrolyseure.
 

Von Helge Toben und Thomas Kaufner, dpa (Copyright)