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Gastkommentar Grüner Wasserstoff ist ein gigantisches Zukunftsthema – in der richtigen Kombination

Eine intelligente Wasserstoff-Strategie wird auch eine Solar-Strategie sein. Die Produktion von Photovoltaikanlagen in Europa rückt dadurch wieder in den Fokus.
02.07.2020 - 19:02 Uhr Kommentieren
Der Verkehrssektor ist nur ein Einsatzbereich für Wasserstoff. In der Chemie- und der Stahlindustrie wird Wasserstoff die zentrale Rolle bei der Dekarbonisierung spielen. Quelle: dpa
Wasserstoff-Tankstelle in Thüringen

Der Verkehrssektor ist nur ein Einsatzbereich für Wasserstoff. In der Chemie- und der Stahlindustrie wird Wasserstoff die zentrale Rolle bei der Dekarbonisierung spielen.

(Foto: dpa)

Kürzlich hat die Bundesregierung ihre Wasserstoffstrategie verkündet, passend zur Wasserstoffstrategie der EU-Kommission – warum ist das Thema Wasserstoff plötzlich so wichtig?

Wasserstoff ist nützlich als Energiespeicher: Er kann in unbegrenzten Mengen aus Erdgas oder Wasser erzeugt werden, beliebig lang in Gaskavernen, in Druckgastanks oder sogar als flüssiger Wasserstoff gespeichert werden und anschließend wieder als Energieträger zur Stromerzeugung oder als thermischer Brennstoff eingesetzt werden.

Wasserstoff kann auch einen wichtigen Beitrag zu elektrischer Mobilität liefern: Der Strom für ein Elektrofahrzeug kann entweder aus einer schweren Batterie kommen oder aus dem sehr viel leichteren, komprimierten Wasserstoff, der in einer Brennstoffzelle an Bord den Strom für das E-Mobil erzeugt. Dies ist besonders für Lastwagen, Omnibusse und schienengebundene Fahrzeuge auf Strecken ohne Oberleitung sehr interessant und dort auch bereits vielfältig in Erprobung.

Wasserstoff kann schließlich als chemischer Grundlagenstoff eingesetzt werden. Bei dieser stofflichen Nutzung des Wasserstoffs denkt man zunächst an die Weiterveredlung zu höheren Kohlenwasserstoffen wie Methanol oder Kerosin, sogar als Flugtreibstoff.

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    Es gibt aber auch noch eine ganz andere, in ihrer Bedeutung oft übersehene Anwendung des Wasserstoffs: zur Dekarbonisierung chemischer Prozesse, wie der Stahl- und Zementproduktion. Hier wird die Reaktion von Sauerstoff mit Kohlenstoff zu CO2 durch eine Reaktion mit Wasserstoff ersetzt, statt CO2 in die Atmosphäre zu blasen, wird Wasser erzeugt.

    Der Physiker Eicke Weber war Professor an der University of California in Berkeley, bis er zur Fraunhofer-Gesellschaft ging. Von Juli 2006 bis Dezember 2016 war er Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solar Energiesysteme (ISE). Neben seiner Position als Direktor des ISE war er Inhaber des Lehrstuhls für Physik/Solarenergie der Uni Freiburg. Quelle: privat
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    Der Physiker Eicke Weber war Professor an der University of California in Berkeley, bis er zur Fraunhofer-Gesellschaft ging. Von Juli 2006 bis Dezember 2016 war er Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solar Energiesysteme (ISE). Neben seiner Position als Direktor des ISE war er Inhaber des Lehrstuhls für Physik/Solarenergie der Uni Freiburg.

    (Foto: privat)

    Wir unterscheiden drei Arten des Wasserstoffs. „Grauer“ Wasserstoff wird aus Erdgas reformiert, dabei entsteht Kohlendioxid. Bei der Herstellung von „blauem“ Wasserstoff dagegen wird das dabei anfallende CO2 aufwendig gesammelt („carbon capture“) und entweder gespeichert oder anderen chemischen Verwendungen zugeführt.

    Dieser Prozess reduziert zwar die CO2-Emissionen deutlich, erfordert aber einen hohen Einsatz weiterer, CO2-frei bereitgestellter Energie, von der Frage der langfristigen sicheren Lagerung des CO2 ganz zu schweigen. Dieser Prozess ist vollkommen unwirtschaftlich.

    Nur „grüner“ Wasserstoff, der ganz ohne CO2-Emissionen durch Elektrolyse von Wasser mit grünem Strom hergestellt wird, wie aus Sonne, Wind- oder Wasserkraft, macht es überhaupt sinnvoll, an die oben beschriebenen Anwendungen zu denken.

    Die Wissenschaft kommt hier zu Hilfe: In den letzten Jahrzehnten hat sich die Effizienz der zur Herstellung von grünem Wasserstoff erforderlichen Elektrolyseure bedeutend verbessert. Die Kosten von Elektrolyseur-Anlagen sind gesunken und werden im Zuge der weiteren, großskaligen Einführung dieser Technologie weiter sinken.

    Während wir heute für grauen Wasserstoff circa neun Euro pro Kilogramm bezahlen, erwarten wir, die Kosten von grünem Wasserstoff noch in diesem Jahrzehnt auf unter zwei Euro pro Kilogramm senken zu können. In Verbindung mit den steigenden Kosten für CO2-Emissionen werden die oben beschriebenen Prozesse wirtschaftlich.

    Eigene Wertschöpfungsketten für kritische Produkte

    Jetzt kommt aber eine entscheidende Frage: Woher nehmen wir die für diese Prozesse erforderlichen riesigen Mengen von erneuerbar hergestelltem Strom? Thyssen-Krupp schätzt ab, dass allein für die Dekarbonisierung der Stahlherstellung jährlich circa 600 Terawattstunden (TWh) erforderlich sein werden, entsprechend etwa dem gesamten heutigen Stromverbrauch Deutschlands.

    Ein beschleunigter Ausbau der Wind- und Solarenergie wird unerlässlich. Die Solarenergie liegt kostenmäßig vorn: In Portugal wurde bereits Strom aus künftigen Solaranlagen für 1,42 Cent je Kilowattstunde (kWh) hergestellt, ein Cent je kWh rückt näher. Für den Ausbau der Solaranlagen in Südeuropa gibt es gute Chancen, auch für Importe von grünem Wasserstoff aus anderen sonnenreichen Gegenden wie Nordafrika.

    Beim Bau von Solaranlagen in Südeuropa wie auch den Nachbarländern sind wir zu nahezu 100 Prozent abhängig von Importen der entscheidenden Komponente, der Solarzellen, besonders aus China. Nach den Erfahrungen der Coronakrise wissen wir, wie wichtig eigene komplette Wertschöpfungsketten für kritische Produkte in Europa sind.

    Wir stehen zurzeit vor einem wichtigen Schritt in der Solarzellentechnologie. Die in Europa wesentlich entwickelte Heterojunction-Technologie erlaubt es, höchsteffiziente Solarzellen zu konkurrenzfähigen Kosten herzustellen.

    Ein europäischer Solarverbund, ähnlich dem Batterieverbund, wird bereits im Juli der EU-Kommission konkrete Vorschläge zu großskaliger, wettbewerbsfähiger Solarzellenproduktion auch für die Wasserstoff-Elektrolyse hier in Europa vorstellen. Eine intelligente Wasserstoff-Strategie wird gleichzeitig auch eine Solar-Strategie sein.

    Mehr: Heilsbringer oder Illusion? Das Potenzial von Wasserstoff im Faktencheck.

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