rEnergy Basics Wasserstoffherstellung – Verfahren, Technologien und Zukunft

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Die Wasserstoffherstellung gilt als einer der zentralen Bausteine für eine klimaneutrale Energieversorgung. Als vielseitiger Energieträger kann Wasserstoff fossile Brennstoffe ersetzen, industrielle Prozesse dekarbonisieren und erneuerbare Energien speicherbar machen. 

Besonders im Kontext der Energiewende gewinnt die Herstellung von Wasserstoff zunehmend an Bedeutung – sowohl technologisch als auch wirtschaftlich.

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum. Auf der Erde kommt er jedoch fast ausschließlich in gebundener Form vor, etwa in Wasser (H₂O) oder Kohlenwasserstoffen. Um ihn als Energiequelle nutzen zu können, muss Wasserstoff zunächst gewonnen werden. Dabei handelt es sich nicht um eine Primärenergiequelle, sondern um einen Energieträger.

Wie funktioniert die Wasserstoffherstellung?

Die Wasserstoffproduktion kann über verschiedene Verfahren erfolgen. Je nach Ausgangsstoff und Energiequelle unterscheiden sich diese deutlich in Effizienz und Klimabilanz.

Elektrolyse – Schlüsseltechnologie der Zukunft

Die Elektrolyse von Wasser ist das wichtigste Verfahren zur nachhaltigen Wasserstoffherstellung. Dabei wird Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Es gibt zwei zentrale Technologien:

• Alkalische Elektrolyse: Bewährtes, robustes Verfahren mit vergleichsweise niedrigen Kosten
• PEM Elektrolyse: Moderne Technologie mit hoher Dynamik, besonders geeignet für schwankende erneuerbare Energien

Wird der Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie gewonnen, spricht man von grünem Wasserstoff. Dieses Prinzip ist eng mit dem Konzept Power-to-Gas verknüpft, bei dem überschüssiger Strom in speicherbare Energie umgewandelt wird.

Dampfreformierung

Die Dampfreformierung ist aktuell das am weitesten verbreitete Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff. Dabei wird Erdgas unter hohen Temperaturen mit Wasserdampf umgesetzt. Der Nachteil: Es entstehen große Mengen CO₂, weshalb dieses Verfahren als klimaschädlich gilt.

Methanpyrolyse

Ein innovativer Ansatz ist die Methanpyrolyse. Hier wird Methan thermisch in Wasserstoff und festen Kohlenstoff zerlegt. Der Vorteil: Es entsteht kein CO₂ in gasförmiger Form. Allerdings befindet sich diese Technologie noch im Entwicklungsstadium.

Weitere Methoden zur Wasserstoffherstellung 

• Biomassevergasung
• Photoelektrochemische Verfahren
• Thermochemische Prozesse

Diese spielen derzeit jedoch eine untergeordnete Rolle in der industriellen Wasserstoffproduktion.

Grüner, blauer und grauer Wasserstoff

Die Herstellung von Wasserstoff wird häufig nach ihrer Klimabilanz klassifiziert:

• Grauer Wasserstoff: Herstellung aus fossilen Energieträgern ohne CO₂-Abscheidung
• Blauer Wasserstoff: Wie grauer, aber mit CO₂-Abscheidung und -Speicherung (CCS)
• Grüner Wasserstoff: Herstellung durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien

Grüner Wasserstoff gilt als langfristig nachhaltige Lösung, da er nahezu emissionsfrei produziert werden kann. Details dazu wie der Energieträger funktioniert, finden sie hier.

Herausforderungen der Wasserstoffherstellung

Trotz großer Potenziale gibt es noch einige Hürden:

• Hohe Kosten bei der Elektrolyse Wasserstoff
• Begrenzte Verfügbarkeit erneuerbarer Energien
• Infrastruktur für Transport und Speicherung fehlt teilweise
• Energieverluste entlang der Wertschöpfungskette

Auch die Effizienz der Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse liegt aktuell je nach Verfahren zwischen 60 und 80 %, was Optimierungspotenzial bietet.

Wasserstoffnutzung in Industrie, Energie und Mobilität

Wasserstoff wird heute bereits in verschiedenen Bereichen eingesetzt:

• Industrie: Stahlproduktion, Chemieindustrie (z. B. Ammoniak)
• Energiesektor: Speicherung von Strom, Rückverstromung
• Mobilität: Brennstoffzellenfahrzeuge, insbesondere im Schwerlastverkehr

Besonders für Branchen mit hohem Energiebedarf und begrenzten Alternativen lohnt sich der Einsatz von Wasserstoff.

Zukunft der Wasserstoffherstellung

Die Zukunft der Wasserstoffherstellung ist eng mit dem Ausbau erneuerbarer Energien verknüpft. Europa und Deutschland investieren massiv in Infrastruktur, Forschung und Markthochlauf.

Innovationen wie effizientere Elektrolyseure, neue Materialien und skalierbare Produktionsanlagen werden die Herstellung von Wasserstoff weiter verbessern. Langfristig könnte Wasserstoff aus erneuerbaren Energien eine tragende Rolle im globalen Energiesystem spielen.