Wasserstoffherstellung

Wasserstoff ist zwar chemisch gesehen ein Primärenergieträger, auf der Erde jedoch praktisch nicht in freier Form vorhanden. Mit Wasserstoffherstellung wird die Bereitstellung von molekularem Wasserstoff (H₂) bezeichnet. Er muss erst mit Hilfe anderer Energiequellen, z. B. durch das Verfahren Elektrolyse gewonnen werden. Damit ist seine Herstellung nur dann nachhaltig, wenn es die Energiequellen zur Gewinnung auch sind.

Als Ausgangsstoffe eingesetzt werden können

• Erdgas, z. B. Methan (CH₄),
• andere Kohlenwasserstoffe, z. B. Erdöl und Kohle
• Biomasse,
• Wasser (H₂O)
• andere wasserstoffhaltige Verbindungen
• geogenes H₂

Als Energiequelle dient chemische bzw. zugeführte elektrische oder thermische Energie.

In der chemischen Industrie ist Wasserstoff ein Grundstoff, der auf fast allen Ebenen benötigt wird. Aktuell wird ein Konzept für die Energiewirtschaft diskutiert, in dem vorwiegend, idealerweise ausschließlich, grüner Wasserstoff als Energieträger verwendet wird. Bisher wurde eine Wasserstoffwirtschaft in keinem Land der Erde verwirklicht. Viele Länder haben mittlerweile Wasserstoffstrategien verabschiedet und schreiten mit der Planung voran. Derzeit geschieht die Gewinnung von Wasserstoff primär auf Basis fossiler Energieträger wie dem in Erdgas enthaltenen Methan (CH₄). Er ist ein wichtiges Industrieprodukt. Weltweit werden im Jahr über 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff verbraucht, 99 Prozent davon in der Industrie, zum Beispiel zur Ammoniakproduktion für Düngemittel oder zur Stahlherstellung. Konzepte für zukünftige Wasserstoffwirtschaften sehen zumeist die Wasserstoffgewinnung mit Hilfe erneuerbarer Energien über Elektrolyse vor, womit eine solche Wasserstoffwirtschaft emissionsfrei sein könnte.

Der energiewirtschaftliche Stellenwert von Wasserstoff nimmt stetig zu. Derzeit wird der Einsatz des Energieträgers Wasserstoff im Zusammenhang mit Brennstoffzellensystemen in den unterschiedlichsten Bereichen erprobt. Dazu gehören u. a. die Kraftfahrzeug- und Schiffsindustrie, portable Stromversorgung für Elektrogeräte sowie die Anwendung in Kleinkraftwerken und die Wärmeversorgung von Wohngebäuden über Brennstoffzellen.

Herausforderungen und Potenziale der Wasserstoffwirtschaft

Der Vorteil des Wasserstoffs als Energieträger liegt bei allen Besonderheiten in seiner Speicherbarkeit und grundsätzlichen Transportfähigkeit. Für eine funktionierende Wasserstoffwirtschaft sind aber doch noch einige technologische Herausforderungen zu meistern. So entsteht bei der Herstellung des Wasserstoffs aus fossilen Energieträgern Kohlendioxid, also ein Treibhausgas. Probleme für eine Markteinführung stellen u. a. die flächendeckende Versorgung (z. B. Wasserstofftankstellen), Emissionen bei der Herstellung, die Speicherung, der Transport, die hohen Energieverluste beim Einsatz sowie die noch relativ hohen Kosten dar. Erst durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien und dem damit verbundenen Stromüberschuss erscheint eine umfassende Wasserstofferzeugung und -nutzung machbar und sinnvoll.