Sie verwenden einen veralteten Browser. Bitte aktualisieren Sie Ihren Browser.

Wasserstoff

Wasserstoff wird in Zukunft, insbesondere in energieintensiven Branchen wie der Stahl- und Chemieindustrie oder im Verkehrssektor, einen großen Teil zur Reduktion der CO2-Emissionen beitragen. Gleichzeitig ist Wasserstoff Energiespeicher und damit Schlüssel für eine funktionierende Sektorkopplung.

im Vordergrund befinden sich Rohrleitungen, im Hintergrund Männer mit Arbeitskleidung in einer technischen Anlage

Wasserstoff als Schlüsselfaktor für die Sektorkopplung.

Im Juni 2020 hat das Bundeskabinett die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) verabschiedet. Diese hat das Ziel, Deutschland zur Führungsposition im Bereich der Wasserstofftechnologien zu verhelfen.

Einsatz von grünem Wasserstoff

Die NWS verfolgt den Ansatz, die CO2-Emissionen vor allem durch den Einsatz von sogenannten "grünen Wasserstoff" zu reduzieren. Dabei wird durch Elektrolyse Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Der dafür benötigte Strom wird ausschließlich aus regenerativen Quellen bezogen, was diesen Erzeugungsweg CO2-frei macht. Hingegen ist der Einsatz von CO2-neutralem blauem Wasserstoff, bei dem Wasserstoff aus Erdgas gewonnen und das entstehende CO2 unterirdisch gespeichert wird, umstritten.

Bis zum Jahr 2030 sollen rund 20 Prozent des in Deutschland verbrauchten Wasserstoffes im Inland grün hergestellt werden. Infolgedessen müssen drei bis fünf Gigawatt an Elektrolyseleistung neu installiert werden.

Kleine Wasserstoff-Farbenlehre

Je nach seinem Ursprung trägt Wasserstoff unterschiedliche Namen. Obwohl Wasserstoff stets ein farbloses Gas ist, geben die Farben in der Bezeichnung Auskunft über die Art der Produktion.

Wasserstoff Farbenlehre: Türkiser Wasserstoff
Wasserstoff Farbenlehre: Grüner Wasserstoff
Wasserstoff Farbenlehre: Grauer Wasserstoff
Wasserstoff Farbenlehre: Blauer Wasserstoff

Gesetzliche und finanzielle Rahmenbedingungen

Die Bundesregierung plant, in den nächsten Jahren rund 10 Milliarden Euro in praxisnahe Forschung und Entwicklung zu investieren. Außerdem soll die Produktion von grünem Wasserstoff von der EEG-Umlage befreit werden. Auch der nationale Emissionshandel soll ab 2021 mithelfen, CO2 freie Energieträger wettbewerbsfähig zu machen. Dafür wird jede emittierte Tonne CO2 aus klassischen fossilen Energieträgern durch einen Preis belastet.

Kritik an der NWS

Kritiker bemängeln allerdings, dass der benötigte Ausbau der erneuerbaren Energien stockt und die Bundesregierung bisher keine Maßnahmen ergriffen hat, um diesen wieder zu beschleunigen. Die Auto- und Wärmebranche kritisieren, dass die NWS sie nicht ausreichend berücksichtigt. Darin zeigt sich die konkurrierende Nutzung, welche aus der begrenzten Verfügbarkeit von Wasserstoff resultiert. Daher hat sich die Bundesregierung entschieden, erst Branchen auf die Nutzung von Wasserstoff umzustellen, welche nicht oder nur schwer elektrifiziert werden können. Dies betrifft vor allem Teile der energieintensiven Industrie sowie den Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr.

Energietalent Wasserstoff

Laut BDEW ließen sich jährlich etwa 6,5 Millionen Tonnen Kohlendioxid einsparen, wenn dem Gasnetz zehn Prozent Wasserstoff beigemischt werden würden. Dies entspricht dem jährlichen CO2-Austoß von rund drei Millionen Autos mit Verbrennungsmotor. Das deutsche Gasnetz hat eine Länge von fast 500.000 Kilometern. Wo aktuell noch Erdgas fließt, könnte künftig zunehmend Wasserstoff transportiert werden. Schon heute wäre es technisch möglich, dem Gasnetz flächendeckend 10 Prozent Wasserstoff (bezogen auf das Volumen) beizumischen. In Pilotprojekten werden Anteile von bis zu 30 Prozent Beimischung erreicht.

Wasserstoff in der enviaM-Gruppe

 HYPOS:H2-Netz: Ein Wasserstoffdorf für die Forschung

Wasserstoff ist ein Energieträger mit Zukunftspotential. Die Forschungen auf dem Gebiet der Wasserstoff-Anwendung haben in den letzten Jahren deutlich zugenommen. In Mitteldeutschland beschäftigt sich der HYPOS East Germany e.V. mit dem Aufbau einer Modellregion für Wasserstoff in Mitteldeutschland. Unter diesem Dach vereinen sich über 100 Unternehmen und Institutionen, die ihre Kompetenzen aus Forschung und Praxis im Wasserstoffsektor bündeln.

MITNETZ GAS ist eines der Mitglieder. Das Unternehmen hat mit seinem Forschungsprojekt „HYPOS:H2-Netz“ auf einem 12.000 Quadratmeter großen Gelände in Bitterfeld-Wolfen ein Wasserstoffdorf errichtet. Das Projekt umfasst die Entwicklung der Verteilnetzstruktur, die Errichtung der Anlagen und die Anbindung und Versorgung von Wasserstoffendverbrauchern. Der Test von Verlegetechniken, neuen Materialien und die erforderliche Sicherheitstechnik gehören dazu. So werden beispielsweise hochdichte Kunststoffrohrleitungen im Verteilnetz und in der Inneninstallation erprobt und Wechselwirkungen von verschiedenen Geruchsstoffen für das Gasnetz untersucht. Auf dem Gelände angeschlossene technische Endverbraucher simulieren die künftige Anwendung von Wasserstoff und liefern Messdaten.

HYPOS Testgelände

Speicher rücken in den Fokus

Neben der Integration von Erneuerbaren Energien in das bestehende Energiesystem spielt auch ihre Speicherung eine wichtige Rolle. Da die heutigen Stromspeichertechnologien nicht für große Mengen ausreichen, kommt der Umwandlung von Strom zu Wasserstoff oder Methan und die Speicherung im Erdgasnetz eine wichtige Rolle zu.

MITNETZ GAS wird mit Partnern bis Ende 2021 forschen. Ziel ist, in einem realen Versuchsfeld Wasserstoffinfrastrukturen und die Verteilung und Verwendung des Energieträgers technisch, wirtschaftlich und ökologisch zu bewerten.

Umwandlung von CO2 in grünes Methanol

Wie können industrielle CO2-Emissionen minimiert werden? Wie lassen sich Stoffkreisläufe wirtschaftlich schließen? Antworten auf diese Fragen will envia THERM gemeinsam mit dem Fraunhofer Institute IKTS und ISI, dem Industriepartner Chemiepark Bitterfeld-Wolfen und Nobian im Rahmen der Machbarkeitsstudie CarbonCycleMeOH beantworten. Diese untersucht die Methanol-Produktion im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Die Etablierung einer Kreislaufwirtschaft, bei der CO2 in grünes Methanol umgewandelt wird, ist ein vielversprechender Schritt, um CO2-Emissionen in der energieintensiven chemischen Industrie zu senken. Methanol ist ein wichtiger C1 Baustein, der lokal für die Synthese einer Vielzahl von unverzichtbaren Produkten wie Baumaterialien, Farben oder nachwachsenden Kraftstoffen verwendet werden kann.

Die Verbundchemie war immer dann am effizientesten, wenn es gelang Kreisläufe zu schließen. Die stoffliche Nutzung von Kohlenstoff in geschlossenen Kreisläufen zu denken, ist die Zukunft.
Patrice Heine
Geschäftsführer Chemiepark Bitterfeld-Wolfen

Methanol-Synthese aus CO2 und Wasserstoff aus erneuerbaren Energien

Gas- und Dampfkraftwerk, Abwasserreinigungs- und Biomethananlage – CO2 fällt in verschiedenen thermischen, chemischen und biologischen Prozessen des Chemieparks und des Kraftwerks der envia THERM an. Im ersten Schritt sollen die CO2-Quellen evaluiert und Verfahrenskonzepte erarbeitet werden, die eine geeignete Aufreinigung für die Methanol-Synthese ermöglichen. Den benötigten grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Energien liefert die vorhandene Chlor-Alkali-Membranelektrolyse von Nobian. Er kann zusätzlich durch Wasserelektrolyse oder Hochtemperatur-Elektrolyse produziert werden. 

Die Studie umfasst folgende Aspekte: 

  • Bewertung des Marktumfelds sowie der regulatorischen Rahmenbedingungen
  • Analyse der relevanten Stoff- und Energieströme inklusive nutzbarer CO2-Quellen
  • modellbasierte verfahrenstechnische Prozessentwicklung für die Erweiterung des bestehenden Stoffverbunds
  • Untersuchung der notwendigen Infrastrukturerweiterung 

Ziel ist es, technische, ökonomische und nachhaltigkeitsbezogene Aspekte zu beurteilen und politische Handlungsempfehlungen zu entwickeln, um Kreislaufprozesse mit minimalen CO2-Emissionen gezielt zu fördern.

Kooperation beim Bau und Betrieb von Wasserstofftankstellen

MITNETZ GAS und die MoviaTec GmbH aus Leipzig machen künftig gemeinsame Sache. MITNETZ GAS sucht Standorte und Abnehmer für Wasserstoff-Tankstellen. MoviaTec plant und baut diese und sorgt für den Anschluss an die Infrastruktur. Die Betriebsführung der fertigen Anlagen übernimmt MITNETZ GAS. Der Fokus der Kooperation liegt im kommunalen Bereich.

Wasserstoff-Trucks werden in Zukunft einen deutlichen Anteil beim Ferntransport von Gütern erreichen. Auch im öffentlichen Personennahverkehr werden zunehmend Wasserstoff-Busse eingesetzt. Dies gilt vor allem für ländliche und bergige Regionen. Der Bedarf an regionalen Wasserstoff-Tankstellen steigt.
Dirk Sattur
Geschäftsführer MITNETZ GAS

MoviaTec ist eine Tochtergesellschaft der ONTRAS Gastransport GmbH und Dienstleister für gasbasierte Tankinfrastrukturen, welche sie Dritten zum Vertrieb von Kraftstoffen bereitstellt.