Wasserstoffträume: Steckt alles in die Chemie!

Welche Klimawirkung grüner Wasserstoff hat, hängt davon ab, wo er eingesetzt wird. Ein Überblick und Kommentar von Gregor Honsel.

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Wasserstoffträume

(Bild: petrmalinak/Shutterstock.com)

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  • Gregor Honsel

Um sich über den Sinn und Zweck von Wasserstoff klar zu werden, ist es hilfreich, einmal die Vogelperspektive einnehmen. Was ist der Sinn der ganzen Veranstaltung? Treibhausgase einsparen. Was also muss der zentrale Maßstab sein? Die Einsparung von Treibhausgasen.

Damit scheidet "grauer" Wasserstoff aus fossilem Erdgas schon einmal aus. Ebenso die Wasserstofferzeugung aus dem normalen deutschen Strommix. Doch was ist mit Ökostrom? Damit wäre man doch auf der sicheren Seite, sollte man meinen.

Auch hier hilft wieder die Vogelperspektive. Jede Kilowattstunde Ökostrom, die man zur Herstellung von Wasserstoff nutzt, fehlt logischerweise woanders – zumindest, wenn man nicht parallel dazu in Wind- und Sonnenkraftwerke investiert.

Doch auch dann bleibt die Frage: Wie lässt sich jede Kilowattstunde Strom so verwenden, dass sie den größtmöglichen Nutzen bringt? Und da sieht es für Wasserstoff wegen der hohen Umwandlungsverluste schlecht aus. Oft ist es nämlich sinnvoller, den Strom direkt zu nutzen – etwa bei der Heizung: Wärmepumpen sind um ein Vielfaches effizienter als Wasserstoff. Oder beim Pkw: Praktisch alle Hersteller setzen mittlerweile auf batterieelektrische Antriebe – und das mit gutem Grund: Sie nutzen die Primärenergie besser aus, sind technisch weitaus einfacher und ausgereifter, und ihre Ladeinfrastruktur hat einen großen Vorsprung.

An dieser Stelle werfen die Wasserstoff-Freunde unweigerlich das Argument ein, dass ja regelmäßig Strom von Windrädern abgeregelt werden müsse. Da sei es doch sinnvoller, ihn in Wasserstoff zu verwandeln. Das ist nicht ganz falsch. Aber erstens wird die Größenordnung dieser sogenannten „Ausfallarbeit“ regelmäßig überschätzt. 2020 waren es rund 6,1 Terawattstunden. Das klingt nach viel, würde aber nicht einmal reichen, die Hälfte der deutschen Methanol-Produktion mit grünen Wasserstoff zu versorgen. Zweitens liegt die Ursache dafür, dass so viel Strom verworfen werden muss, nicht in mangelnder Nachfrage, sondern in überlasteten Stromleitungen. Die Verwendung von Wasserstoff steht also in Konkurrenz zum Ausbau der Leitungen, die bereits begonnen hat.

In diesem Licht relativiert sich auch die Funktion von Wasserstoff als saisonaler Stromspeicher. Natürlich ist es erstrebenswert, einen großen Stromspeicher zu haben, mit dem man überschüssige Sonnen- und Windenergie für schlechte Zeiten bunkern kann. Nur: Dazu muss man erst einmal ausreichend Überschüsse produzieren. Bei dem derzeitig schleppenden Ausbau der Erneuerbaren ist das nicht der Fall. Sollte uns der Ökostrom dereinst aus den Ohren herauskommen, mögen lokale Wasserstoffspeicher durchaus sinnvoll sein – wenn sich bis dahin Redoxflow-, Natrium-Schwefel oder Natrium-Ionen-Batterien nicht als wirtschaftlicher erweisen.

Bleibt ein weiteres Argument der Wasserstoff-Fraktion: Erneuerbare Energien ließen sich beispielsweise in den sonnenreichen Ländern Nordafrikas sehr viel effizienter ernten als in Mitteleuropa. Also sei es sinnvoll, Erneuerbare dort zur Wasserstofferzeugung zu nutzen und den Wasserstoff dann zu importieren. Auch dieses Argument ist kurzsichtig: Viele dieser Länder erzeugen einen großen Teil ihres Stroms noch mit fossilen Brennstoffen. Werden dort große Solarparks gebaut, wäre es sinnvoller, sie für die eigene Stromversorgung zu nutzen. Ansonsten käme es zur absurden Situation, dass die Sonnen- und Windkraftwerke dort – unter großen Transport- und Umwandlungsverlusten – vor allem Wasserstoff für den europäischen Markt produzieren, während uralte Ölkraftwerke für den heimischen Bedarf weiterlaufen. Merke: Dem Klima ist es egal, wo Treibhausgase eingespart werden, ob in Nordafrika oder Mitteleuropa.

Die Wasserstoff-Zukunft

Ist Wasserstoff also ein totaler Irrweg? Nicht unbedingt. Der entscheidende Punkt ist, dass er dort eingesetzt wird, wo eine direkte Nutzung von Strom nicht oder nur sehr schwer möglich ist. Bei Pkw ist das schon einmal nicht der Fall: Als zentrales Argument für Wasserstoff galt lange Zeit die größere Reichweite und das schnellere Tanken. Aber bei Ladeleistungen von weit über hundert Kilowatt bei modernen E-Autos und realen Reichweiten von mehreren hundert Kilometern verliert das Argument zunehmend an Gewicht. Wie es bei Schwerlastverkehr aussieht, muss sich noch zeigen – im Moment neigt sich das Pendel meinem Eindruck nach eher zur Batterie. Bleibt – im Verkehrssektor – die Schifffahrt und die Fliegerei.

Aber es gibt noch einen anderen Bereich, wo Wasserstoff hochgradig sinnvoll ist: Die Chemie- und Stahlindustrie. Zur Erzeugung von Ammoniak, Methanol und Raffinerie-Produkten wird heute schon massiv Wasserstoff erzeugt, vor allem aus fossilen Quellen. Um ihn durch grünen Wasserstoff zu ersetzen, bräuchte es keine neuen Pipelines und keine neuen Tankstellen – lediglich Elektrolyseure vor Ort und eine starke Stromleitung. Hier kommen alle Bedingungen für eine sinnvolle Nutzung von grünem Wasserstoff zusammen: Er spart Treibhausgase ein, es gibt zu ihm keine Alternativen wie eine direkte Elektrifizierung, und sein Einsatz ist mit relativ geringem Aufwand verbunden.

Die Mengen, über die wir hier sprechen, sind gewaltig. Nach Berechnungen der Technology Review (5/2021, S. 8) wären selbst bei optimistischsten Annahmen (Wirkungsgrad des Elektrolyseurs von 70 Prozent) rund 90 Terawattstunden Strom nötig, um allein den heute schon benötigten grauen Wasserstoff in der chemischen und der Öl-Industrie durch grünen zu ersetzen – also knapp 15-mal so viel, wie derzeit an überschüssigem Windstrom zur Verfügung steht. Stellt man auch noch die Stahlherstellung auf Wasserstoff um, kämen weitere 85 Terawattstunden hinzu. Soviel zu Vorstellung, man bekomme grünen Wasserstoff gewissermaßen geschenkt, weil ja Windräder regelmäßig abgeregelt würden.

Woher soviel Wasserstoff herkommen soll? Wohl nur durch den massiven Ausbau der Erneuerbaren, hierzulande und anderswo. Interessanterweise sind es aber oft die gleichen Leute, die von einer Wasserstoffwirtschaft träumen (zum Beispiel Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier), die seit Jahren den Ausbau der Erneuerbaren verschleppen (zum Beispiel Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier).

Und selbst, wenn der Ausbau der Erneuerbaren wieder in Fahrt kommt: grüner Wasserstoff wird auf absehbare Zeit ein knappes Gut bleiben, weil es viele konkurrierende Verwendungen für den Ökostrom gibt. Das bedeutet: Wird grüner Wasserstoff vor allem dort eingesetzt, wo er den größten Hebel für das Klima ansetzen kann, müsste er bis auf Weiteres zu einhundert Prozent in die chemische Industrie fließen, etwa zur Herstellung von Ammoniak oder Methanol. Für die zweit-, dritt- und viertsinnvollste Anwendung wird nichts übrigbleiben.

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(kbe)