Grüner Wasserstoff: keine Universallösung

Sogenannter grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Energien ist keine Allzwecklösung in der Klimakrise – sondern eine knappe Ressource, die gezielt eingesetzt werden muss. Wir erklären, wo das sinnvoll ist – und wo nicht. Beim Heizen ist er z.B. nicht sinnvoll, zeigt eine neue Studie.

Wie kann Deutschland – und die Welt – klimaneutral werden? Für sehr viele Bedarfe ist das ziemlich klar: Erneuerbare Energien, vor allem aus Wind und Sonne, liefern bereits heute mehr als die Hälfte des in Deutschland verbrauchten Stroms. Und wo immer möglich, sollte dieser Strom direkt genutzt werden. Doch manche Branchen und Anwendungen lassen sich nicht umstandslos elektrifizieren. Aus Politik und Wirtschaft sind dann häufig Schlagworte wie “H2-ready” zu hören. Das geschieht häufig reflexartig und undifferenziert – denn Wasserstoff (chemisch: H2) ist keine Allzwecklösung. Auf dem Weg zur Klimaneutralität ist er sogar nur ein Nischenprodukt.

Zunächst einmal ist Wasserstoff nicht gleich Wasserstoff. Wir werfen gleich einen Blick auf die verschiedenen Farben, die der Energieträger sinnbildlich zur Unterscheidung annehmen kann. Für echte Klimaneutralität und im Sinne des Umweltschutzes ist aber einzig grüner Wasserstoff sinnvoll. Und selbst für den müssen Rahmenbedingungen gelten, etwa für den Import aus dem Ausland.

Warum hat Wasserstoff unterschiedliche Farben?

Je nach Produktionsweise wird Wasserstoff nach Farben unterschieden – wobei diese nur als Kategorien des in Wahrheit farblosen Gases zu verstehen sind:

• Grauer Wasserstoff ist die herkömmliche und klimaschädlichste Form der Herstellung. Er wird mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen, wobei enorme Mengen CO2 freigesetzt werden.
• Blauer Wasserstoff ist ebenfalls fossil, das CO2 wird jedoch in einem CCS-Verfahren (Carbon Capture and Storage) abgeschieden und gespeichert – CCS ist hochriskant, teuer und behindert einen echten Wandel in der Wirtschaft.
• Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse mit erneuerbarem Strom hergestellt und ist klimaneutral. Der Energieaufwand ist allerdings enorm – in den meisten Anwendungsfällen ist es sinnvoller, nicht den verlustreichen Umweg über die Elektrolyse zu gehen, also die Stoffumwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, sondern den Strom direkt zu nutzen.
• Roter Wasserstoff ist ein Sonderfall, bei dem der für die Elektrolyse benötigte Strom aus Atomkraftwerken kommt. Befürworter:innen argumentieren, diese Art der Wasserstoffherstellung sei klimaneutral, ein weit verbreiteter Irrtum über Atomenergie. Außerdem sind hierbei die Gefahren und Ewigkeitslasten von AKWs nicht eingepreist.

Dazu kommen weitere Spezialfälle und Mischformen wie oranger Wasserstoff, für dessen Produktion die Energie aus der Müllverbrennung in Heizkraftwerken gewonnen wird, oder gelber Wasserstoff, der mit einem Strommix aus fossilen und erneuerbaren Quellen produziert wird. Weißer Wasserstoff wird nicht hergestellt, sondern beispielsweise durch Fracking aus dem Untergrund gewonnen. Beim türkisen Wasserstoff wird Erdgas mittels Methanpyrolyse in Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten. Auch diese Art der Wasserstoffgewinnung ist nicht klimaneutral. 

Durch die Verbrennung von Wasserstoff entsteht kein CO2, weshalb oft irrtümlich der Eindruck erweckt wird, H2 sei stets ein klimaneutraler Energieträger. Weltweit werden aktuell 99 Prozent des genutzten Wasserstoffs aus fossilen Brennstoffen erzeugt. Um den Klimaeffekt von Wasserstoff beurteilen zu können, nützt der Blick in diese Farbenlehre.

Wofür wird grüner Wasserstoff gebraucht?

In Teilen der Industrie wird Wasserstoff benötigt. Nach wie vor ist Wasserstoff sinnvoll in der Stahlproduktion, wo sehr hohe Temperaturen notwendig sind. Doch auch hier gibt es bereits Prozesse, die Produktion zu elektrifizieren, indem Stahlschrott mit dem Lichtbogenverfahren recycelt wird. Bei der Herstellung von Nickel und Platin gibt es derzeit noch keine Alternative zu Wasserstoff. Für den petrochemischen Prozess des Hydrocrackens wird ebenfalls Wasserstoff benötigt – weil die Endprodukte wie Kerosin, Benzin und Diesel aber in Zukunft nicht mehr notwendig sind, wird auch dort perspektivisch kein H2 mehr gebraucht.

Eine interessante Anwendung für grünen Wasserstoff ist die Energiespeicherung. Eigentlich ist der Prozess nicht sonderlich effizient: Nutzt man erneuerbare Energien, um Wasserstoff zu erzeugen und wandelt diesen Wasserstoff schließlich wieder in Strom um, gehen unterm Strich bis zu 60 Prozent der eingangs aufgewendeten Energie verloren. Das ergibt nur Sinn, wenn es ein Überangebot an Strom gibt – was bei Wind- und Solarenergie immer mal wieder der Fall ist: Wenn die Sonne scheint, der Wind weht, und mehr Strom produziert wird als verbraucht. Neben Batteriespeichern bietet grüner Wasserstoff hier eine Lösung, etwa um Dunkelflauten aufzufangen, also Phasen, in denen es sehr verhangen und windstill ist. In Europa ist das in der Regel weniger als ein Prozent der Zeit der Fall, in Deutschland sogar nur 0,1 bis 0,2 Prozent der Zeit, das sind 8 bis 17 Stunden im Jahr.

… und wo ist grüner Wasserstoff unsinnig?

Insbesondere hier zeigt sich: Nicht alles, was theoretisch möglich ist, ergibt in der Praxis auch Sinn. So wird nach wie vor der Einbau von Gasheizungen damit beworben, die Anlagen seien “H2-ready” und könnten in Zukunft mit Wasserstoff betrieben werden. Eine Studie des Fraunhofer Instituts im Auftrag von Greenpeace und Gaswende kommt allerdings zu dem Schluss, dass Wasserstoff dauerhaft so teuer bleiben wird, dass er sich am Heizmarkt wirtschaftlich niemals durchsetzen kann – zumal es viel günstigere klimafreundliche Alternativen wie Fernwärme oder Wärmepumpen gibt. Tatsächlich sind Wärmepumpen etwa fünfmal effizienter als das Heizen mit Wasserstoff – und damit auch kostengünstiger. Und auch für die Industrie gibt es bereits gute Alternativen mit Hochtemperatur-Wärmepumpen, die bis zu 200°C Wärme erzeugen können.

Ähnlich sieht es bei der Mobilität aus. Die Zukunft des Straßenverkehrs ist elektrisch: mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotoren rechnen sich schlichtweg nicht – in PKWs sind Elektromotoren dreimal so effizient. Der Flugverkehr allerdings wird künftig auf E-Fuels aus Wasserstoff angewiesen sein – der gegenwärtige Bedarf wäre mit grünem Wasserstoff jedoch nicht zu decken. Hier werden neue Verkehrs- und Transportstrategien gebraucht, die für vermeidbare Flüge, so weit es möglich ist, günstige und klimafreundliche Alternativen über Land und Wasser bieten. Grüner Wasserstoff ist eine knappe Ressource – er gewährleistet alles Notwendige, für alles Denkbare steht er nicht zur Verfügung. Deshalb sollte Wasserstoff wirklich nur dort verwendet werden, wo Elektrifizierung nicht möglich ist.

Können LNG-Terminals für Wasserstoff genutzt werden?

Viele Politiker:innen und Unternehmen rechtfertigen den Bau von LNG-Terminals damit, sie seien „H2-ready“ – also später für Wasserstoff nutzbar. Doch das ist irreführend. Eine Umrüstung ist extrem umständlich, teuer und daher ohne hohe staatliche Subventionen kaum zu finanzieren. Das Wasserstoff-Derivat Ammoniak ist eine leichter zu transportierende Alternative, doch auch für dessen Speicherung müssten die Anlagen aufwändig angepasst werden.

Der Grund: Wasserstoff und Ammoniak haben völlig andere physikalische Eigenschaften als LNG. Wasserstoff muss auf -253 °C gekühlt werden (LNG „nur“ auf -160 °C), was spezielle Materialien erfordert. Zudem ist er hochexplosiv. Bisher gibt es weltweit kaum praktische Erfahrung mit Flüssigwasserstoff-Terminals. Ein einziges kleines Pilotprojekt existiert in Kobe, Japan – doch ein echter Markt für Flüssigwasserstoff fehlt bislang. Ammoniak wiederum ist giftig und greift Metall an. Um ihn nutzbar zu machen, bräuchte es zudem zusätzliche Anlagen wie Ammoniak-Cracker. Diese Technik ist im industriellen Maßstab jedoch kaum erprobt.

Woher soll der grüne Wasserstoff kommen?

Wasserstoff sollte möglichst dort produziert werden, wo er gebraucht wird. Dafür sind in Deutschland noch einmal deutlich mehr Wind- und Solaranlagen nötig. Aktuell gehen Wirtschaftsverbände und Bundesregierung allerdings von einem sehr hohen künftigen Wasserstoffbedarf aus. Deshalb setzt die Politik auf Importe, oft aus dem Globalen Süden. Das birgt ökologische, soziale und wirtschaftliche Risiken. Der deutsche Energiehunger darf nicht dazu führen, dass neokoloniale Strukturen fortgeschrieben werden. Importe von grünem Wasserstoff sind deshalb kritisch zu betrachten und sollten sich möglichst auf Länder der EU und EU-Anrainerstaaten beschränken. Greenpeace hat einen Kriterienkatalog für die Einfuhr von grünem Wasserstoff aufgestellt, unter anderem mit folgenden Punkten:

• Weite Transporte sollten schon aufgrund der Energieverluste und der Wirtschaftlichkeit vermieden werden. Am rentabelsten für vergleichsweise kurze Entfernungen sind Pipelines, jedenfalls bis zu einer Distanz von 10.000 Kilometern.
• Wasserstoffproduktion benötigt viel Wasser – in trockenen Regionen verschärft dies Wasserknappheit. Die lokale Wasserverfügbarkeit darf niemals gefährdet sein.
• Die Versorgung der Bevölkerung und der Ausbau erneuerbarer Energien im Ursprungsland hat zu jeder Zeit Vorrang vor deutschen Interessen.

Den vollständigen Kriterienkatalog mit elf Punkten, die in Zukunft gesetzlich vorgeschrieben, überprüfbar und einklagbar sein sollen, finden Sie hier.