Ist Wasserstoff der Alleskönner für die Energiewende?

Schon damals untersuchten zahlreiche Wissenschaftler:innen den Wasserstoff und seine möglichen Einsatzfelder. Auch während der Ölkrise der Siebzigerjahre war Wasserstoff allerorten ein Schlagwort.

Während H2 damals vor allem als Antwort auf die Abhängigkeit und Endlichkeit fossiler Rohstoffe galt, haben Forschung, Politik und Unternehmen den Wasserstoff in den vergangenen Jahrzehnten als eine der Lösungen für die fortschreitende Klimakrise wieder stärker ins Blickfeld genommen. Wahlweise wurde er zur “Allzweckwaffe”, zum “grünen Öl” oder zu einer “tragenden Säule der Energiewende” erklärt.

Wasserstoff macht die erneuerbaren Energien haltbar

Tatsächlich könnte Wasserstoff zumindest auf dem Papier die Aufgaben der fossilen Energieträger übernehmen, die gleichermaßen der zentrale Treibstoff unserer Entwicklung und eine nie da gewesene Belastung für das Erdklima waren. Mit Wasserstoff lässt sich synthetischer Kraftstoff für unsere Autos herstellen, in Brennstoffzellen Strom erzeugen oder unser Wohnzimmer beheizen.

Man kann ihn auch, statt Erdöl, dafür nutzen, Rohstoffe für die Chemieindustrie zu gewinnen, aus denen dann beispielsweise Kunststoffe hergestellt werden. Kurzum: Mit Wasserstoff kann man prinzipiell all das tun, wofür wir bislang vor allem Öl, Kohle und Erdgas nutzen – ohne dass bei der Rückumwandlung in Energie CO2 frei wird.

Im Kontext der Energiewende wird Wasserstoff außerdem als wichtiger Speicher für regenerative Energien gehandelt. Nach wie vor gilt die wetterunabhängige Verfügbarkeit der erneuerbaren Energien als zentrale Herausforderung für eine dekarbonisierte Energieversorgung.

Um auch dann ausreichend Strom zu haben, wenn Fotovoltaikanlagen und Windräder ihn gerade nicht liefern können, brauchen wir umfassende Speichermöglichkeiten. Neben Pump- oder Wärmespeichern und Akkus soll der Wasserstoff hier einen entscheidenden Teil beitragen.

Wasserstoff wäre langfristiger Speicher

Normalerweise werden Solarsystem und Windräder zur Schonung der Stromnetze abgeschaltet, wenn die Sonne anhaltend scheint oder der Wind stark weht. Stattdessen könnte der Energieüberschuss, so die Idee, für die Herstellung von Wasserstoff genutzt werden. Aus der elektrischen würde dann chemische Energie, die gasförmig oder als Flüssigkeit gespeichert und transportiert werden kann.

Anders als eine Batterie, die sich nach und nach entlädt, taugt Wasserstoff auch als langfristiger Speicher ohne großen Energieverlust. Energie aus erneuerbaren Quellen bleibt nutzbar und könnte zeitlich unabhängig eingesetzt werden – auch dann, wenn die Windräder ruhen oder Wolken den Himmel bedecken.

Klar ist: Wasserstoff kann nur dann zu den Klimaschutzzielen beitragen, wenn seine Herstellung CO2-neutral ist. Türkiser Wasserstoff spielt aber bislang eher in langfristigen Erwägungen eine Rolle, weil die Herstellung noch nicht über Pilotprojekte hinaus erprobt ist.

Blauer Wasserstoff ist vor allem deshalb umstritten, weil mit Blick auf die Risiken einer CO2-Einlagerung in Böden zentrale Fragen offen sind und nicht garantiert werden kann, dass klimaschädliche Treibhausgase im Laufe des Prozesses nicht doch in die Atmosphäre entweichen. Außerdem werden bei dem Verfahren nur etwa 90 Prozent des Kohlenstoffdioxids abgefangen. Vollkommen emissionsneutral ist die Herstellung also nicht.

Wasserstoff frisst mehr Energie, als er liefern kann

Deshalb gilt grüner Wasserstoff aus ökologischer Sicht zumindest langfristig als einzig wirklich sinnvolle Variante. Dazu bekennt sich die Bundesregierung auch in ihrer Wasserstoffstrategie.

Das Problem: Die Mengen an Ökostrom, die für die Herstellung benötigt werden, sind enorm. Bei der Elektrolyse gehen laut der Internationalen Energieagentur (IEA) nach aktuellem Stand der Technik je nach Verfahren 20 bis 40 Prozent der Energie verloren.

Dazu kommen in der weiteren Verarbeitung Verluste bei der Verdichtung (bis zu 15 Prozent) oder Verflüssigung (bis zu 25 Prozent) für den Transport. Schon bevor Wasserstoff als Energieträger tatsächlich eingesetzt wird, geht also ein erheblicher Teil der grünen Primärenergie verloren.

Ein Beispiel: Studien rechnen – je nach Szenario – für Deutschland bis 2050 mit einem Bedarf von bis zu 600 Terawattstunden aus Wasserstoff pro Jahr. Gehen wir als Mittelwert von Umwandlungsverlusten von etwa einem Drittel aus, bräuchte es bis zu 900 Terawattstunden erneuerbaren Stroms allein für die Wasserstoffproduktion. Zum Vergleich: 2019 lag der gesamte Nettostromverbrauch in Deutschland laut dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bei gerade einmal 512 Terawattstunden.

Solange Ökostrom nicht im Überfluss zur Verfügung steht, ist eine großflächige Produktion von Wasserstrom in Deutschland deshalb umstritten. Das Öko-Institut plädiert etwa dafür, den breiten Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in der Energiewende hintenanzustellen und sich vorerst eher auf Verbesserungen in der Energieeffizienz und den massiven Ausbau erneuerbarer Energien zu konzentrieren.

Die Zusammenarbeit mit dem Ausland ist unerlässlich

Expertinnen und Experten schätzen, dass Deutschland langfristig maximal ein Fünftel seines Wasserstoffbedarfs selbst produzieren kann. Der Großteil dürfte dort entstehen, wo die Bedingungen für Wind und Solar vorteilhaft sind. Eine erste Kooperation hat die Bundesregierung beispielsweise mit Marokko vereinbart. Deutschland könnte die nötige Technologie liefern und im Gegenzug Zugang zu günstig produziertem grünen Wasserstoff erhalten.

Weil grüner Wasserstoff auf absehbare Zeit nicht in ausreichender Menge verfügbar sein dürfte, wird intensiv diskutiert, als Übergangslösung trotz bestehender Risiken auch blauen Wasserstoff zu nutzen. Dieser dürfte nach Berechnungen der Internationalen Organisation für erneuerbare Energien (IRENA) in den nächsten 10 bis 20 Jahren noch deutlich günstiger sein.

Eine solche Zwischenlösung hätte den Vorteil, dass Wasserstoff früher am Markt etabliert werden könnte und die entstehende Infrastruktur (etwa das erforderliche Netzwerk an Pipelines) schon bereitstünde, sobald grüner Wasserstoff tatsächlich wirtschaftlich und in großer Menge verfügbar ist.

Hohe Kosten für Strom und Geräte

In Deutschland werden Elektrolyseure – also die Apparate, in denen Wasser in seine Einzelteile zerlegt wird – aktuell noch wie jeder normale Endverbraucher behandelt. Das heißt: Für den vielen Strom, den sie benötigen, werden zum Beispiel ganz regulär Stromsteuer und EEG-Umlage fällig. Letztere soll gemäß der Nationalen Wasserstoffstrategie nun entfallen, um die Produzenten finanziell zu entlasten. Eine höhere CO2-Bepreisung könnte zusätzlich dabei helfen, grünen Wasserstoff konkurrenzfähiger zu machen, weil sie den Einsatz fossiler Energieträger im Vergleich erheblich verteuern würde.

Neben den hohen Kosten für Strom sind auch die notwendigen Gerätschaften noch kostspielig. Elektrolyseure für eine Wasserstoffproduktion im industriellen Maßstab werden heute noch von Hand gefertigt. Solange die Massenherstellung noch nicht angelaufen ist, sind die Geräte entsprechend teuer. Es ist ein “Henne-Ei-Problem”: Weil die Wasserstoffherstellung noch nicht wirtschaftlich ist, schrecken Investorinnen und Investoren zurück. Doch gleichzeitig verhindern gerade diese fehlenden Investments, dass die Kosten sinken.

Der Preis für grünen Wasserstoff wird künftig fallen

Mit den stetig sinkenden Preisen für erneuerbare Energien dürfte aber auch die Produktion grünen Wasserstoffs deutlich attraktiver werden. Die Internationale Energieagentur rechnet damit, dass der Preis für Wasserstoff bis 2030 um ein Drittel sinken könnten. Einsparpotenzial sieht sie in den sinkenden Strompreisen für grünen Strom und bei den Elektrolyseuren, die günstiger produziert werden können, sobald die Massenproduktion angelaufen ist.

Trotzdem sind sich Ökonominnen und Ökonomen weitestgehend einig, dass es klare politische Signale und konkrete Anschubfinanzierungen braucht, um Wasserstoff aus dem Nischendasein zu holen. Deshalb ist es trotz allem sinnvoll, den Aufbau der Wasserstoffproduktion schon jetzt anzuschieben, auch wenn die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen noch nicht optimal sind.

Autor: Jannis Carmesin