Wasserstoff in der Industrie Anwendungen, Potenziale, Vorteile & Zukunft

Wasserstoff wird in der Industrie zur Erzeugung von Prozesswärme oder direkt als Rohstoff in der Produktion verwendet. Um die Dekarbonisierung in diesem Sektor und die Klimaschutzziele zu erreichen, werden große Mengen an klimafreundlich hergestelltem Wasserstoff benötigt.

Um die Klimaziele auf deutscher sowie europäischer Ebene zu erreichen, sind Wasserstofftechnologien unumgänglich. Das gilt vor allem für die Industrie, die versucht, Produktionsprozesse auf Wasserstoff umzustellen und auf eine Wasserstoffwirtschaft hinzuwirken. 

Im Fokus stehen die Stahl-, Kalk-, Zementherstellung sowie die grüne Chemie. Auch die Stromerzeugung zur Ergänzung volatiler, regenerativer Energien wie Sonne und Wind, rückt in den Blick. Daneben sind Wasserstofftechnologien vor allem zur Erzeugung von Hochtemperaturwärme interessant. Nicht zuletzt für die klimaneutrale Mobilität sind Antriebe auf Basis von Brennstoffzellen oder erneuerbaren Kraftstoffen relevant.

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff (H2) ist das leichteste Element im Universum. Unter normalen Bedingungen ist er ein farb- und geruchloses Gas. Besonders interessant ist Wasserstoff als Energieträger, weil er bei der Nutzung nur Wasser als „Abfallprodukt“ erzeugt. 

Allerdings kommt Wasserstoff auf der Erde kaum frei vor – er muss erst hergestellt werden, etwa durch:

• Dampfreformierung (meist aus Erdgas, aktuell am verbreitetsten)
• Elektrolyse (Aufspaltung von Wasser mit Strom, idealerweise aus erneuerbaren Energien)

Grüner, blauer und grauer Wasserstoff

Wasserstoff wird häufig durch Farben beschrieben, die sich vor allem auf seine Herstellung beziehen. Zu den drei – auch für industrielle Prozesse – wichtigsten zählen:

• Grauer Wasserstoff: Wird aus Erdgas hergestellt (meist durch Dampfreformierung). Dabei entsteht viel CO₂, das direkt in die Atmosphäre gelangt. Das ist aktuell die häufigste, aber klimaschädlichste Variante.
• Blauer Wasserstoff: Entsteht ebenfalls aus Erdgas, aber das entstehende CO₂ wird abgefangen und gespeichert (Carbon Capture and Storage). Dadurch sind die Emissionen deutlich geringer, aber nicht vollständig null.
• Grüner Wasserstoff: Wird durch Elektrolyse von Wasser mit erneuerbarem Strom (Wind, Sonne, Wasser) hergestellt. Dabei entsteht kein CO₂, sondern nur Wasser – die klimafreundlichste Variante.

Kann Wasserstoff fossile Brennstoffe in der Industrie ersetzen?

Wasserstoff kann fossile Brennstoffe in der Industrie ersetzen, besonders dort, wo hohe Temperaturen, chemische Reaktionen oder direkte Elektrifizierung schwer möglich sind. Er gilt deshalb als wichtiger Baustein für die Dekarbonisierung der Industrie.

Wo Wasserstoff fossile Brennstoffe gut ersetzen kann

• Stahlindustrie: Statt Kohle/Koks zur Reduktion von Eisenerz kann Wasserstoff eingesetzt werden. Dabei entsteht überwiegend Wasser statt CO₂. Das ist eine zentrale Technologie für „grünen Stahl“.
• Chemische Industrie: Wasserstoff wird dort ohnehin benötigt. Wenn heute genutzter fossiler („grauer“) Wasserstoff durch grünen Wasserstoff ersetzt wird, sinken Emissionen deutlich.
• Hochtemperatur-Prozesse: In Branchen wie Glas, Keramik oder Metallverarbeitung kann Wasserstoff Erdgas in Öfen und Brennern ersetzen, wenn Prozesse angepasst werden.
• Raffinerien: Solange Raffinerien existieren, kann fossiler Wasserstoff durch klimafreundlich erzeugten Wasserstoff ersetzt werden.

Wo Wasserstoff eher ungeeignet ist

• Niedertemperatur-Wärme: Für einfache Prozesswärme unter mittleren Temperaturen eignen sich Wärmepumpen, direkte elektrische Heizsysteme, Fernwärme und Biomasse (teilweise) besser.
• Direkte Elektrifizierung: Wo Strom direkt eingesetzt werden kann, ist Wasserstoff oft ein Umweg.

Wie wird Wasserstoff in der Stahlproduktion eingesetzt?

Die Stahlindustrie setzt Wasserstoff ein, um die Herstellung von Eisen und Stahl deutlich klimafreundlicher zu machen. In der klassischen Produktion wird Eisenerz im Hochofen mit Kohle beziehungsweise Koks reduziert. Dabei dient der Kohlenstoff als Reduktionsmittel, das den Sauerstoff aus dem Eisenoxid entfernt. 

Dieser Prozess verursacht jedoch große Mengen an CO₂, weil der Sauerstoff mit dem Kohlenstoff zu Kohlendioxid reagiert. Genau hier liegt das Problem, denn die Stahlindustrie gehört weltweit zu den größten industriellen Emittenten von Treibhausgasen.

Wasserstoff kann diese Rolle des Kohlenstoffs übernehmen. Er wirkt ebenfalls als Reduktionsmittel, reagiert also mit dem Sauerstoff im Eisenerz. Allerdings entsteht dabei kein CO₂, sondern Wasser. Chemisch vereinfacht bedeutet das: Aus Eisenoxid und Wasserstoff entstehen Eisen und Wasserdampf. Dieser Ansatz wird vor allem im sogenannten Direktreduktionsverfahren genutzt. Dabei wird Eisenerz in einem Reaktor mit Wasserstoff behandelt, wodurch sogenannter Eisenschwamm entsteht, der anschließend in einem Elektroofen zu Stahl weiterverarbeitet wird.

Grüner Stahl

Enercon bietet nachhaltigere Turmmodelle

Der Einsatz von Wasserstoff hat das Potenzial, die CO₂-Emissionen der Stahlproduktion drastisch zu reduzieren, insbesondere wenn der Wasserstoff mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt wird, also als „grüner Wasserstoff“. Deshalb investieren große Unternehmen in entsprechende Technologien und Pilotprojekte.

Allerdings ist der Einsatz von Wasserstoff auch mit Herausforderungen verbunden. Die Herstellung von grünem Wasserstoff erfordert große Mengen an Strom, was die Kosten aktuell noch hoch macht. Zudem muss eine geeignete Infrastruktur für Produktion, Transport und Speicherung aufgebaut werden, und die benötigten Mengen sind enorm. Dennoch gilt Wasserstoff als einer der wichtigsten Bausteine, um die Stahlindustrie langfristig klimaneutral zu machen.

Nutzung von Wasserstoff in Strom- bzw. Wärmeerzeugung und Mobilität

Emissionsfreie Strom- und Wärmeerzeugung

Aufgrund der Volatilität von Sonne und Wind werden zukünftig dynamisch regelbare Kraftwerke benötigt: Hier bieten sich für große Leistungen von Megawatt bis Gigawatt Wasserstoff-Gaskraftwerke an.

Nachhaltiger Verkehr und Transport

Die zukünftige Mobilität muss ohne fossile Kraftstoffe auskommen. (Grüne) Wasserstofftechnologien können batterieelektrische Antriebskonzepte an vielen Stellen sinnvoll ergänzen: Brennstoffzellen liefern den Strom für elektromotorische Antriebe, erneuerbare Kraftstoffe senken die Fahrzeugemissionen bei Verbrennungsmotoren auf ein Minimum. 

Gemeinsam ist allen Wasserstofftechnologien, dass sie aufgrund hoher Energiedichten in den Tanks hohe Reichweiten bei gleichzeitig den heute gewohnten, kurzen Tankzeiten ermöglichen. Zudem erfolgt die Betankung der Fahrzeuge unabhängig von Ort und Zeit der Stromerzeugung wie gewohnt an öffentlichen Tankstellen.

Vorteile von Wasserstoff für Unternehmen

Wasserstoff und darauf basierende Technologien bieten Unternehmen eine Reihe strategischer, wirtschaftlicher und ökologischer Vorteile. Das gilt insbesondere vor dem Hintergrund steigender Klimaanforderungen und der Transformation der Industrie. 

Einer der zentralen Vorteile liegt in der Möglichkeit, CO₂-Emissionen deutlich zu reduzieren. Unternehmen wie Thyssenkrupp oder ArcelorMittal nutzen Wasserstoff bereits gezielt, um ihre Produktionsprozesse nachhaltiger zu gestalten.

Ein weiterer Vorteil ist die langfristige Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit. Märkte und Kunden verlangen zunehmend klimafreundliche Produkte, etwa „grünen Stahl“ oder CO₂-arme Chemikalien. Unternehmen, die früh in Wasserstofftechnologien investieren, können sich hier als Vorreiter positionieren und neue Marktsegmente erschließen. Gleichzeitig profitieren sie von politischen Förderprogrammen und regulatorischen Anreizen, etwa im Rahmen von EU-Initiativen wie dem European Green Deal.

Auch aus energetischer Sicht ist Wasserstoff attraktiv, da er als flexibler Energiespeicher dient. Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann in Wasserstoff umgewandelt und später wieder genutzt werden. Das hilft Unternehmen, ihre Energieversorgung zu stabilisieren und unabhängiger von schwankenden Energiepreisen oder fossilen Importen zu werden.

Darüber hinaus eröffnet Wasserstoff neue Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten. Unternehmen können nicht nur Nutzer, sondern auch Produzenten, Händler oder Technologieanbieter werden – etwa im Bereich Elektrolyse, Transportinfrastruktur oder Brennstoffzellentechnik. Große Industriekonzerne wie Siemens Energy investieren bereits massiv in diese Bereiche.

Auf einen Blick

Welche Vorteile bietet Wasserstoff für Unternehmen?

Herausforderungen bei der Verfügbarkeit, Speicherung und Skalierung

Trotz dieser Vorteile gibt es auch wirtschaftliche Herausforderungen, insbesondere die derzeit noch hohen Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff und den Aufbau der notwendigen Infrastruktur. 

Ein zentraler Punkt sind die hohen Herstellungskosten, insbesondere bei „grünem Wasserstoff“. Dieser wird – wie bereits erwähnt – durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen, wobei Strom aus erneuerbaren Energien genutzt wird. Das Problem: Die Elektrolyse selbst ist energieintensiv, zusätzlich gehen bei der Umwandlung und späteren Nutzung Energieverluste verloren. Dadurch ist Wasserstoff aktuell deutlich teurer als fossile Alternativen wie Erdgas oder Kohle. Solange erneuerbarer Strom nicht extrem günstig und in großen Mengen verfügbar ist, bleibt das ein entscheidender Wettbewerbsnachteil.

Eng damit verbunden ist die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien. Für klimafreundlichen Wasserstoff braucht es große Mengen Strom aus Wind, Sonne oder Wasserkraft. Viele Regionen, gerade Industriezentren, verfügen aber nicht über ausreichend günstige erneuerbare Energie. Das führt dazu, dass Wasserstoff entweder importiert werden muss oder weiterhin teilweise aus fossilen Quellen stammt. Sprich: grauer oder blauer Wasserstoff. Das relativiert die Klimawirkung.

Ein weiterer großer Engpass ist die Infrastruktur. Wasserstoff lässt sich nicht so einfach wie Erdgas nutzen. Er ist ein sehr kleines Molekül, das leicht entweicht und Materialien verspröden kann. Deshalb braucht es spezielle Pipelines, Speicher (zum Beispiel Drucktanks oder unterirdische Kavernen) und angepasste Industrieanlagen. Der Aufbau solcher Netze ist teuer, dauert lange und erfordert internationale Koordination. 

Hinzu kommt das Problem der Effizienzverluste entlang der gesamten Kette. Wenn man Strom → Wasserstoff → Wärme oder Strom zurück wandelt, geht jedes Mal Energie verloren. Im Vergleich zur direkten ist Wasserstoff daher oft weniger effizient. Das führt zu der Frage, in welchen Bereichen Wasserstoff wirklich sinnvoll ist.

Auch die Speicherung und Transportlogistik sind herausfordernd. Wasserstoff hat eine sehr geringe Energiedichte pro Volumen, weshalb er entweder stark komprimiert, verflüssigt (bei extrem niedrigen Temperaturen) oder chemisch gebunden werden muss. All diese Optionen sind technisch aufwendig und kostenintensiv. Besonders die Verflüssigung ist energieintensiv und erfordert spezielle Kühltechnologien.

Schließlich spielt auch die Skalierungsfrage eine große Rolle: Der weltweite Wasserstoffbedarf könnte in Zukunft massiv steigen, etwa in der Stahl-, Chemie- und Transportindustrie gleichzeitig. Derzeit ist die Produktionskapazität jedoch noch weit davon entfernt, diesen Bedarf zu decken. Der Aufbau einer globalen Wasserstoffwirtschaft erfordert daher parallele Investitionen in Produktion, Transport und Endanwendungen.

Auf einen Blick

Welchen Herausforderungen begegnet die Wasserstoffwirtschaft beim flächendeckenden Ausbau?

Fazit & Ausblick

Wasserstoff spielt in der Industrie eine zunehmend wichtige Rolle. Schon heute wird er bereits in großen Mengen eingesetzt, vor allem in der Chemie- und Raffinerieindustrie. Erste Anwendungen in der Stahlproduktion zeigen, dass eine klimaneutrale Herstellung technisch grundsätzlich möglich ist. Sein entscheidender Vorteil liegt darin, dass er fossile Energieträger in bestimmten Prozessen ersetzen kann und dabei – im besten Fall bei Nutzung von grünem Wasserstoff – kein CO₂, sondern Wasser entsteht.

Gleichzeitig ist klar, dass Wasserstoff kein „Allheilmittel“ ist. Die Herstellung ist aktuell noch teuer und energieintensiv, die notwendige Infrastruktur befindet sich erst im Aufbau, und nicht alle Anwendungen sind effizienter als direkte Elektrifizierung. Deshalb wird Wasserstoff in der Industrie vor allem dort eine Schlüsselrolle spielen, wo andere Technologien an ihre Grenzen stoßen. Das gilt insbesondere bei Hochtemperaturprozessen oder als Rohstoff in der chemischen Industrie.

Auf lange Sicht lohnen sich Investitionen in Wasserstofftechnologien. In den kommenden Jahrzehnten wird sich Wasserstoff voraussichtlich schrittweise zu einem zentralen Baustein der industriellen Energiewende entwickeln. Mit sinkenden Kosten für erneuerbare Energien und Elektrolyse-Technologien sowie dem Ausbau internationaler Wasserstoffnetze könnte sich grüner Wasserstoff zunehmend wirtschaftlich durchsetzen. Große Industrieunternehmen investieren bereits heute massiv in Pilotanlagen und neue Produktionsverfahren, um frühzeitig wettbewerbsfähig zu bleiben.