Energiedebatte 
Warum der Wasserstoff kein Heilsbringer ist
Auf diese Weise gingen seit 2018 vor allem in Südostasien und in Ländern unterhalb der Sahara 188 Kohlendioxidschleudern mit 91 Gigawatt Leistung neu in Betrieb – zwei Jahre nach Inkrafttreten des Pariser Klimaabkommens. Weil es im eigenen Land wegen rigiderer Umweltregeln nicht mehr rundläuft, verschaffen sich Firmen vor allem aus China, Japan und Südkorea mit Krediten öffentlicher Banken neue Absatzmärkte und kurbeln ihr eigenes Exportgeschäft an, belegt eine Studie des Berliner Klimaforschungsinstituts MCC im Fachblatt „Environmental Research Letters“.
„Zudem entstehen inzwischen auch für Gaskraftwerke ähnliche, für das Klima kaum weniger bedrohliche Kopplungsgeschäfte“, warnt Erstautor Niccolò Manych, der mittlerweile an der Universität Boston arbeitet. Immerhin: Europäische und US-Unternehmen spielen bei der Treibhausgas-Verschieberei kaum eine Rolle.
Deutschland jedenfalls möchte es mit Wasserstoff schaffen. Eine nationale Strategie soll Leitungsnetze aufbauen, Transportwege sichern und Partner finden, die den Energieträger herstellen. Weil das Zerlegen von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff – die Elektrolyse – viel Strom braucht, schielt Berlin unter anderem in Richtung arabische Halbinsel, wo es Sonne im Überfluss hat. Und viel Öl und Gas, wenn es mit der nachhaltigen Produktion nicht so klappt.
Eine Wärmepumpe ersetzt mehr Erdgas
Lässt man die neuen Abhängigkeiten von der Golfregion und anderen, politisch meist instabilen Wüstenstaaten einmal beiseite, in die Deutschland und die Welt sich dadurch begeben würden: Auch für das Klima wäre mit dem Wasserstoff aus der Wüste wenig gewonnen. Denn im Vergleich zur Elektrolyse lassen sich deutlich mehr fossile Energie und damit Treibhausgase einsparen, wenn man den Wind- und Solarstrom vor Ort direkt verbraucht.
Eine Wärmepumpe, die eine Kilowattstunde (kWh) grünen Strom sofort nutzt, ersetzt in etwa 2,3 kWh Erdgas. Stellt man mit dieser einen Kilowattstunde Strom aber erst Wasserstoff oder synthetisches Methan her, lassen sich bloß noch 0,6 kWh Erdgas vermeiden.
Das Problem hierzulande ist: Die Stromernte aus Wind und Sonne schwankt stark – mal ist viel zu viel da, mal zu wenig. Es braucht verlässliche Quellen. Insofern stellt sich für Experten die Frage: Wo kann man die im Wasserstoff zwischengespeicherte Energie überhaupt sinnvoll einsetzen? Damit haben sich unter anderem die Fraunhofer-Institute IEG und ISI in mehreren Studien beschäftigt.
Ergebnis: Bei den Autos sind E-Fahrzeuge mit Batterieantrieb am effizientesten. Brennstoffzellen bleiben die teuerste Variante, teurer als synthetischer Sprit. Bloß in der Schifffahrt und beim Schwertransport auf Straße und Schiene könnte man teilweise mit Wasserstoff operieren.
Flugzeuge brauchen weiter E-Kerosin
Große Flugzeuge dagegen werden weiter Kerosin benötigen, das man aus Wasserstoff und Kohlenstoff synthetisieren kann. Doch durch solche E-Fuels lassen sich mit einer Kilowattstunde grünen Strom nur 0,5 kWh fossile Kraftstoffe ersetzen.
Das Heizen von einzelnen Gebäuden mit Brennstoffzellen oder einer anderen Wasserstofftechnik bringt demnach in Sachen Nachhaltigkeit nichts. Hier haben Wärmepumpen vor allem in Kombination mit eigenem Solarstrom und Hausbatterien, Sonnenkollektoren, Erdwärme und Fernwärmenetze die Nase weit vorn.
Sie sparen mehr Treibhausgase ein, sind energetisch effizienter und billiger. Gebäude und Leitungen umzurüsten, bedeutet gigantischen Aufwand . An dieser Stelle gefährde Wasserstoff die Klimaziele geradezu, warnt das Umweltbundesamt. Insofern langt das Heizungsgesetz der Bundesregierung voll daneben.
Lediglich in der Industrie sehen die Fachleute für den Wasserstoff ein größeres Potenzial – nachdem auch dort so viel erneuerbarer Strom wie möglich direkt in die Produktion gesteckt worden ist. Billig wird das für die Unternehmen freilich nicht. Vor allem dort, wo es zum Wasserstoff keine verlässliche grüne Alternative gibt wie beim Stahl oder bei der Grundstoffchemie, sagt eine Simulation des Fraunhofer ISI bis zum Jahr 2045 hohe Wasserstoffpreise voraus.
Hohe Wasserstoffpreise
Die Nachfrage veranschlagen die Forscher dann auf 250 Terrawattstunden, das entspricht 10 Prozent des heutigen Energiebedarfs Deutschlands. Dazu bräuchte es aber das 40-Fache der Elektrolysekapazitäten, die im Moment weltweit vorhanden sind. Das ist nicht nur kapitalintensiv, sondern müsste außerdem in hohem Tempo vorangetrieben werden.
Da auch klimaschonende Schiffe und Flugzeuge auf Wasserstoff angewiesen sein werden, erwarten die Fraunhofer-Experten hohe Preise genauso hier. Das bedeutet, dass Wasserstoff für Autos, Busse, Lastwagen oder Züge wahrscheinlich unerschwinglich bleiben wird.
„Eine großangelegte Förderung des Wasserstoffeinsatzes in Bereichen wie der Gebäudewärme, des landgebundenen Verkehrs oder der energetischen Nutzung in der Industrie erscheint aus diesem Grund wenig sinnvoll“, schreibt das Team um Projektleiter Martin Wietschel.
Europa braucht die Wüstenstaaten nicht
Doch nicht alle Wissenschaftler sind pessimistisch. Würde man die Wasserstoff- und Stromnetze parallel ausbauen und die erneuerbare Energie aus den sonnigsten und windigsten Gegenden Europas in die Industriezentren bringen, könnte die EU zum Selbstversorger werden. Bis zu 70 Milliarden Euro ließen sich dadurch einsparen. Zu dieser Einschätzung kommt eine Simulation der TU Berlin und der Universität Aarhus im Fachblatt „Joule“.
Das Modell der deutschen und dänischen Forscher kombiniert Wetterdaten, den Aufbau der Energienetze in den verschiedenen Ländern und die verfügbaren Flächen für Windparks und Solaranlagen. „Das beinhaltet auch die Regionen, in denen Wasserstoff in unterirdischen Salzkavernen gespeichert werden könnte, sowie Standorte von Industrieanlagen, wo Kohlendioxid aus Industrieprozessen abgeschieden werden kann“, erklärt Studienleiter Fabian Neumann.
Alle vier Szenarien, die das Team durchgespielt hat, kamen zu dem gleichen Resultat: Die EU kann sich bei der nachhaltigen Energie autark aufstellen. Neumann: „Unsere Analyse zeigt außerdem, dass zwischen 64 und 69 Prozent eines zukünftigen Wasserstoffnetzes sinnvoll aus umgerüsteten Erdgasleitungen entstehen könnte, was natürlich Baukosten spart.“ Allerdings müsste sich das Stromnetz in Europa dazu verdoppeln. Den heraufziehenden Protesten gegen die Stromtrassen sehen die Experten gelassen entgegen: Einiges könnte man mithilfe des Wasserstoffnetzes umgehen.
Jede Wirtschaftskrise hat decarbonisiert
Sogar ohne den Netzausbau wäre das Ganze machbar, sagt die Studie. Voraussetzung ist allerdings, dass keine nationalen Egoismen entstehen und die großen Grünstromerzeuger Italien, Spanien oder Griechenland dann auf die Idee verfallen, besonders energiehungrige Industriebranchen anzuwerben und den Norden von der Versorgung abzuhängen. Das müsste vorher vertraglich geregelt werden.
So gewaltig die Probleme sind, die anstehen: Vielleicht braucht die Welt ihre Krisen, um klimafreundlich zu werden. Das offenbart ein Blick in die Geschichte. In den vergangenen 50 Jahren stießen fast alle Länder, die zwischen 1965 und 2019 der OECD und der G20 angehörten, mehr Emissionen aus als heute.
Der Rückgang hat nichts mit Umweltbewusstsein zu tun, sondern mit den Ölschocks in den 1970er Jahren, dem Zusammenbruch der Sowjetunion und dem Beinahekollaps des Weltfinanzsystems 2007 bis 2009, belegen das Potsdamer Forschungsinstitut für Nachhaltigkeit und die ETH Zürich im Fachblatt „Communications Earth & Environment“.
Dadurch habe man angefangen zu sparen und sich Gedanken zu machen. Manchmal sei das von der Politik, manchmal von der Wirtschaft selbst vorangetrieben worden. Das Resümee der Veröffentlichung: Wirtschaftskrisen können die Dekarbonisierung genauso beschleunigen.
Hinzu kommt: Die technologische Entwicklung ist längst nicht am Ende. Weltweit arbeiten Forscher daran, die Elektrolyse zu verbilligen, indem man etwa teure Katalysatoren durch günstige ersetzt. Speicher jenseits der Lithium-Ionen-Batterien und ohne Seltene Erden werden irgendwann auf dem Markt sein. Und Solarzellen mit deutlich mehr Wirkungsgrad als die gängigen Siliziummodule scheinen in greifbarer Nähe.
Es geht voran. Hoffentlich schnell genug.
Farbenlehre
Grüner Wasserstoff wird ausschließlich mit Strom aus Erneuerbaren wie Wind und Sonne erzeugt. Biomasse gehört nicht zu den Erneuerbaren, weil Biomasse selbst ein Energiespeicher und wertvoller Rohstoff ist. Die Elektrolyse spaltet mithilfe von Strom das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Der Wirkungsgrad solcher Elektrolyseverfahren, von denen es mehrere gibt, liegt ungefähr bei 75 Prozent.
Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Energien hergestellt, also beispielsweise aus Erdgas. In gängigen Verfahren wie beim Dampfreforming gehen rund 20 Prozent der Energie verloren. Als Nebenprodukte fallen Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid an, die in die Atmosphäre entweichen. Auch Wasserstoff, der mit Strom aus dem Leitungsnetz entsteht, heißt grauer Wasserstoff, weil unter anderem Gas- und Kohlekraftwerke das Netz speisen.
Pinker Wasserstoff: Der Strom für die Elektrolyse von pinkfarbenem Wasserstoff stammt aus der Kernenergie. „Vor dem Hintergrund der damit verbundenen hohen Umweltrisiken, den möglichen hohen Schäden bei einem Unfall und der Endlagerproblematik ist dieser Wasserstoff nicht nachhaltig“, urteilt das Umweltbundesamt.
Blauer Wasserstoff wird in der Regel wie grauer Wasserstoff mit fossilen Brennstoffen hergestellt. Allerdings fängt man das anfallende CO2 auf und speichert es unterirdisch (das Verfahren heißt CCS). Trotzdem gehen weiter Treibhausgase in die Atmosphäre, wenn für die Elektrolyse Erdgas (Methan) verwendet wird; die Treibhausgase stammen aus der Förderung und dem Transport des Methans. Technisch kann man außerdem das CO2 nicht zu 100 Prozent aus dem Abgas herausholen. Auch die Speicherung des Kohlendioxids ist weitgehend ungeklärt. Das gilt genauso, wenn statt Erdgas Biogas eingesetzt wird.
Türkiser Wasserstoff: Entsteht, wenn man Erdgas spaltet. Damit stammt er ebenfalls meist aus fossilen Quellen. Diese Methanpyrolyse erzeugt als Abfallprodukt kein CO2, das in die Atmosphäre schlüpft, sondern festen Kohlenstoff. Ob das Verfahren in Sachen Klimaschutz weiterhilft und wie man den Kohlenstoff ohne Risiko einlagern kann, ist noch nicht geklärt.
Weißer Wasserstoff: Fällt als Nebenprodukt in chemischen Prozessen an. Da sich die Verfahren stark unterscheiden, gibt es keine allgemeingültigen Aussagen zu seiner Klimaverträglichkeit.
Dieser Artikel stammt aus der RHEINPFALZ am SONNTAG, der Wochenzeitung der RHEINPFALZ. Digital lesen Sie die vollständige Ausgabe bereits samstags im E-Paper in der RHEINPFALZ-App (Android,iOS). Sonntags ab 5 Uhr erhalten Sie dort eine aktualisierte Version mit den Nachrichten vom Samstag aus der Pfalz, Deutschland und der Welt.