Wasserstoff als Energieträger

Die verschiedenen Herstellungswege werden mittels einer ,,Farbenlehre“ voneinander abgegrenzt (vgl. Umweltbundesamt 2022). Grüner Wasserstoff wird ausschließlich mit Strom aus erneuerbaren Energieträgern erzeugt, dies erfolgt auf Basis von Elektrolyseanlagen. Im Grunde handelt es sich dabei um eine erprobte Technologie, für die jedoch noch erhebliche technologische Verbesserungen und Kostensenkungen erwartet werden (vgl. Matthes et al. 2020 S. 3).

Für ein vollständig erneuerbares Stromsystem wird Wasserstoff, der in Elektrolyseuren mit Strom aus dem allgemeinen Stromnetz hergestellt wird, insbesondere bei politischen Debatten, auch bereits heute als grüner Wasserstoff bezeichnet. Jedoch wäre er wissenschaftlich betrachtet noch dem grauen Wasserstoff zuzuordnen. Dieser wird aus fossilen Energieträgern, durch das derzeit in der Industrie eingesetzte Verfahren „Reforming“ hergestellt (vgl. Umweltbundesamt 2022).

Blauer Wasserstoff wird über die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen erzeugt. Die Abscheidung sowie der Abtransport und die Ablagerung des anfallenden Kohlendioxids (CO₂) werden dabei nachgeschaltet. Somit handelt es sich um großindustriell erprobte und vergleichsweise kostengünstig verfügbare Technologien (vgl. Matthes et al. 2020 S. 3).

Aus wissenschaftlicher Sicht ist blauer Wasserstoff kein tragfähiger und nachhaltiger Energieträger, jedoch argumentieren einige Fachleute, dass blauer Wasserstoff als Übergangslösung gebraucht werde, bis es genügend grünen Wasserstoff gäbe. Dabei sei ein Investitions-Zeitfenster zu nutzen und in neu gebauten Anlagen Anwendungen mit Wasserstoff zu erproben. Wenn dann genügend grüner Wasserstoff zur Verfügung stehe, könnte von blau auf grün umgestellt werden. Somit sei blauer Wasserstoff für die Erprobung und Markteinführung eine pragmatische Lösung. Jedoch sind andere Fachleute skeptisch und befürchten einen ,,Lock-in-Effekt”. So könnte der Übergang zu grünem Wasserstoff versperrt und stattdessen weiter mit klimaschädlichem Erdgas gewirtschaftet werden (vgl. Groll 2021 S. 12).

Türkiser Wasserstoff basiert ebenfalls auf Erdgas. Dieser wird jedoch über die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen erzeugt. Als Endprodukte entstehen hier Wasserstoff und fester Kohlenstoff. Dabei handelt es sich um eine bisher noch nicht im großindustriellen Maßstab eingesetzte Technologie, die bei entsprechender Erprobung und Skalierung jedoch geringe Kostenniveaus erwarten lässt (vgl. Matthes et al. 2020 S. 3).

Pinker Wasserstoff hingegen wird ähnlich wie grüner Wasserstoff elektrolytisch hergestellt. Dabei stammt der dafür notwendige Strom aus Kernenergie. Aus Sicht des Umweltbundesamtes ist pinker Wasserstoff aufgrund der hohen Umweltrisiken, den möglichen hohen Schäden bei einem Unfall und der Endlagerproblematik kein Bestandteil einer nachhaltigen Entwicklung (vgl. Umweltbundesamt 2022).

In Bezug auf Nachhaltigkeit und Sparsamkeit wird die Nutzung von Wasserstoff die Energiewirtschaft grundsätzlich verändern. Der Einsatz von Wasserstoff ist nachhaltig, weil im Wesentlichen erneuerbare Energiequellen genutzt werden. Sparsamkeit im Umgang mit Energie ergibt sich einerseits daraus, dass Strom im großen Stile als Wasserstoff gespeichert und nur im Bedarfsfall in Strom zurückgewandelt werden kann. Andererseits müssten Anlagen zur Gewinnung grüner Energie im Überangebotsfall nicht abgeschaltet werden. Die Speicherung von Strom wird also zum zentralen Punkt und zum verbindenden Element zwischen den einzelnen Bereichen der Energieversorgung (vgl. Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V. 2015, S. 35).

Wasserstoff muss aufgrund seiner geringen volumetrischen Energiedichte zwecks Speicherung und Transport verdichtet werden. Die wichtigste kommerzielle Speichermethode ist die Speicherung von Wasserstoff als Druckgas. Um eine höhere Speicherdichte zu erzielen, kann Wasserstoff auch verflüssigt werden. Darüber hinaus kann Wasserstoff in großen Mengen auch über längere Zeiträume gespeichert werden (vgl. Fischedick et al. 2017 S. 20).

Heute erfolgt der Transport von Wasserstoff meist per Lkw in Gasdruckbehältern, teilweise auch in kryogenen Flüssigtanks. Zudem gibt es für ausgewählte Standorte lokale bzw. regionale H₂-Pipelinenetze. Für den Transport über größere Entfernungen eignet sich flüssiger Wasserstoff sehr gut, gasförmiger Druckwasserstoff hingegen über kürzere Entfernungen in kleineren Mengen, während Pipelines für große Volumina und kurze Distanzen vorteilhaft sind (vgl. Fischedick et al. 2017 S. 28).

Die für die Zukunft der Energie- und Mobilitätswirtschaft wichtigste Kombination besteht aus dem Energiewandler Brennstoffzelle und dem Energieträger Wasserstoff. Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten technischen Grundlagen für den Einsatz von Brennstoffzellen und Wasserstoff im Mobilitätssektor untersucht. Im Vordergrund des Interesses steht dabei der Stand der Technologieentwicklung.

Molekularer Wasserstoff (H₂) kann bei der direkten Nutzung von Verkehrsmitteln unmittelbar, das heißt ohne weitere Umwandlung, als Energiequelle genutzt werden. Dabei kann es zum einen in Verbrennungskraftmaschinen, zum anderen in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Bei der indirekten Nutzung wird Wasserstoff für die Herstellung von Endenergieträgern genutzt bzw. durch weitere Konversionsschritte in gasförmige oder flüssige Kraftstoffe mit Wasserstoffanteilen umgewandelt (vgl. Fischedick et al. 2017 S. 38f).

Jedoch ist die direkte Nutzung von erneuerbarem Strom in batterie-elektrischen Fahrzeugen deutlich energieeffizienter, kostengünstiger und klimafreundlicher als die Nutzung von Wasserstoff. Wasserstoff ist im Straßenverkehr sogar die volkswirtschaftlich teuerste Option aller alternativen Antriebe und Kraftstoffe. Deswegen sollte Wasserstoff in mobilen Anwendungen, nur in Bereichen eingesetzt werden, in denen eine direkte Nutzung von erneuerbarem Strom nicht möglich ist. Alternativ zur direkten Wasserstoffnutzung könnten in diesen Bereichen auch Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak genutzt werden, zu deren Herstellung wiederum Wasserstoff als Ausgangsstoff eingesetzt wird (vgl. Umweltbundesamt 2022).

Aufgrund der hohen Herstellungskosten und dem relativ niedrigen Wirkungsgrad der Verbrauchsprozesse soll Wasserstoff laut dem Strategieplan nur gezielt eingesetzt werden. Dabei haben die chemische Industrie, die Stahlherstellung, der Flugverkehr und der Schiffsverkehr oberste Priorität.

In Hochtemperaturprozessen, im Fernverkehr und bei Reisebussen soll Wasserstoff erst nachrangig eingesetzt werden. Bei Niedertemperaturprozessen, Pkws und Zuliefer-LKWs sowie in der Raumwärme wird der Einsatz von Wasserstoff noch ausgeschlossen (vgl. Gruber 2022).

"Die Europäische Kommission und auch die meisten EU-Länder verfügen bereits seit langem über Wasserstoffstrategien. Endlich ist Österreich nachgezogen. Das ist ein wichtiger, erster Schritt, denn Wasserstoff ist ein zentraler Baustein für die Dekarbonisierung, insbesondere in schwer zu dekarbonisierenden Bereichen wie der Industrie oder dem Schwerverkehr. Jetzt geht es darum, die Verzögerung aufzuholen und bei der Umsetzung Tempo zu machen“, betont Harald Mahrer, Präsident der Wirtschaftskammer (WKÖ) (WKÖ 2022).

Eine Beimischung von Wasserstoff in das Gasnetz angesichts des Bedarfs an reinem Wasserstoff ist laut dem Strategieplan nicht zielführend. Dennoch kann in manchen Fällen auf das bestehende Leitungsnetz für Erdgas zurückgegriffen werden. Dieses Netz muss jedoch geprüft und wenn notwendig entsprechend umgebaut und redimensioniert werden. Das Ziel ist, Leitungen, durch die heute noch Erdgas fließt, künftig zu reinen Wasserstoffleitungen umzuwandeln (vgl. Bundesministerium für Klimaschutz 2022).

Der österreichische Bedarf nach Wasserstoff übersteigt das Produktionspotential. Daher fordert der Strategieplan einen Teil des Wasserstoffes von Drittländern zu importieren. Zudem sollten auf Ebene des Staates internationale Partnerschaften aufgebaut werden, um heimischen Unternehmen Planungssicherheit zu gewährleisten (vgl. Bundesministerium für Klimaschutz 2022).