Wasserstoff Vor- und Nachteile

Für die einen gilt Wasserstoff als Energieträger der Zukunft, mit dem sich sämtliche Bereiche des Energiesystems dekarbonisieren lassen. Die anderen sind weit weniger euphorisch und sehen seinen Einsatz nur auf bestimmte Anwendungen beschränkt. Fakt ist: Wasserstoff kann als ein Baustein der Energiewende dabei helfen, fossile Rohstoffe zu ersetzen. Ein Allzweckmittel für den Klimaschutz sind Wasserstoff und die verschiedenen Wasserstofftechnologien jedoch nicht.

Vorteile von Wasserstoff

In Zeiten des Klimawandels steigt der Druck auf Politik, Forschung und Industrie, umweltfreundliche Energieträger, die keine Treibhausgase und andere schädliche Substanzen freisetzen, zu finden und auszubauen. Als Alternative zu fossilen Brennstoffen kommt unter anderem Wasserstoff infrage – ein Gas, das viele Vorzüge bietet.

Wasserstoff ist sauber

Der wohl größte Vorteil von Wasserstoff: Bei der Nutzung erzeugt das Gas – zumindest lokal – keine Treibhausgasemissionen. Um die enthaltene Energie freizusetzen, wird lediglich Sauerstoff benötigt. Als Nebenprodukt der Reaktion entsteht Wasserdampf bzw. Wasser. 

Wasserstoff lässt sich vielseitig einsetzen

Wasserstoff wird derzeit vor allem in der chemischen Industrie zur Herstellung von Düngemitteln und synthetischen Kraftstoffen sowie zur Raffination von Mineralöl verwendet. In Wasserstofffahrzeugen dient das Gas zudem direkt als Treibstoff. Herzstück ist eine Brennstoffzelle, in der eine „kalte Verbrennung“ stattfindet. Wie das genau funktioniert und wie praxistauglich wasserstoffbetriebene Fahrzeuge tatsächlich sind, erfahren Sie im Ratgeberartikel zum Wasserstoffauto.

Prinzipiell könnte Wasserstoff in Zukunft alle Aufgaben fossiler Energieträger übernehmen. Sein Einsatz ist vor allem in Bereichen sinnvoll, wo es bislang keine praktikablen Alternativen zu den bisher verwendeten fossilen Energieträgern gibt. Dazu gehören beispielsweise der Schwerlast-, der Luft-, der Schienen- und der Schiffsverkehr und die Stahlindustrie. Würde man Hochöfen mit Wasserstoff statt mit Kohle betreiben, ließen sich rund 95 % der CO2-Emissionen einsparen.

Wasserstoff kann Strom aus erneuerbaren Energien speichern

Im Kontext der Energiewende könnte Wasserstoff auch als Speicher für erneuerbare Energien eine Rolle spielen. Wind- und Sonnenenergie sind volatil, das heißt sie erzeugen witterungsbedingt nicht immer gleich viel Strom. Mit Wasserstoff ließe sich der grüne Strom effizienter nutzen: Kommt es zu einer Überproduktion, werden die Energieüberschüsse verwendet, um grünen Wasserstoff zu erzeugen. Windkraft- und Photovoltaikanlagen müssten dann nicht mehr abgeregelt werden. Bei einer sogenannten „Dunkelflaute“, also Zeiten, in denen nur wenig Strom erzeugt wird, könnte der Wasserstoff dann Versorgungslücken schließen.

Nachteile von Wasserstoff

Obwohl Wasserstoff ein großes Potenzial besitzt, ist man noch weit von einem breiten Einsatz entfernt. Das hat verschiedene Gründe.

Wasserstoff muss aufwendig hergestellt werden

Wasserstoff ist zwar das häufigste chemische Element im Universum, auf der Erde kommt es jedoch nur in gebundener Form vor. Um reinen Wasserstoff zu erhalten, muss man ihn aus einem wasserstoffreichen Ausgangsstoff abspalten. Das kostet nicht nur Geld, sondern auch Zeit und Energie. Es gibt mehrere Methoden zur Herstellung von Wasserstoff, die sich stark in ihrer Umweltbilanz unterscheiden. 

Wirklich klimaneutral ist nur grüner Wasserstoff, der über die Elektrolyse von Wasser unter Einsatz von Ökostrom gewonnen wird. Das Verfahren, das zu den sogenannten Power-to-Gas-Technologien gehört, ist derzeit aber noch nicht wirtschaftlich.

Die Kapazitäten zur Erzeugung reichen (noch) nicht aus

Solange noch nicht ausreichend Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung steht, ist ein breiter Einsatz von Wasserstoff für den Klimaschutz kontraproduktiv. Lücken könnten mit grauem Wasserstoff gefüllt werden. Bei der Herstellung entstehen jedoch große Mengen an CO2-Emissionen. Auch der Einsatz von blauem Wasserstoff ist umstritten. Blauer Wasserstoff wird auf ähnliche Weise wie grauer Wasserstoff gewonnen, nur dass das CO2 beim Produktionsprozess abgefangen und anschließend unterirdisch gespeichert wird. 

Viele Experten sprechen sich deshalb dafür aus, sich auf die Verbesserung von Effizienzmaßnahmen sowie auf den Ausbau erneuerbarer Energien zu konzentrieren. Positiver Nebeneffekt: Mit einer breiteren Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien könnten die Kosten für grünen Wasserstoff in Zukunft sinken.

Speicherung und Transport von Wasserstoff sind herausfordernd

Wasserstoff ist sehr leicht, besitzt aber ein großes Volumen. Zudem sind die Moleküle sehr klein und diffundieren durch viele Materialien. Das macht den Transport und die Speicherung technisch wie wirtschaftlich zur Herausforderung. Meist wird Wasserstoff gasförmig gelagert. Dazu muss es unter hohem Energieaufwand auf Drücke von 200 bis 900 bar verdichtet werden.

Eine zweite Möglichkeit ist die Speicherung in flüssiger Form. Flüssig wird Wasserstoff jedoch erst bei einer Temperatur von −253 °C. Die Tiefkühlung erfordert starke Kühlanlagen, eine gute Isolation und ebenfalls große Mengen Energie.

Wasserstoff verbraucht mehr Energie als er liefern kann

Bei der Elektrolyse von Wasser gehen je nach Verfahren 20 bis 40 % der ursprünglich eingesetzten Energie verloren. Die Speicherung, der Transport und die Verarbeitung bzw. die Nutzung von Wasserstoff bringen weitere Energieverluste mit sich. Es gilt folgender Grundsatz: Dort, wo es geht, ist die direkte Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien sinnvoller.