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Für eine gelungene Energiewende und langfristigen Klimaschutz braucht die Welt Alternativen zu fossilen Energieträgern. Wasserstoff soll dabei als vielfältig einsetzbarer Energielieferant eine Schlüsselrolle einnehmen. Er könnte die klimaschädlichen CO₂-Emissionen vor allem überall dort deutlich verringern, wo Energieeffizienz und die direkte Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien nicht ausreichen. Denn mit Wasserstoff lässt sich Energie leicht speichern und transportieren. So kann er zum Beispiel als Grundlage für alternative Kraftstoffe dazu beitragen, den Verkehrssektor klimafreundlicher zu gestalten. In der Industrie könnte Wasserstoff zum Beispiel in der Stahlproduktion fossile Energieträger ersetzen und damit helfen, den CO₂ -Ausstoß deutlich zu reduzieren.

Ein Zukunftsfeld mit langer Vergangenheit

Wasserstoff als Energieträger – hätten Sie gewusst, dass das gar keine neue Idee ist? Eine kleine Zeitreise: Schon 1839 entdeckte Sir William Grove das Prinzip, mit dem sich in Umkehrung der Elektrolyse aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugen lässt. Mitte des vergangenen Jahrhunderts erforschten und entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zahlreiche Anwendungsbereiche für das farblose Gas. Vor allem im Bereich Mobilität gab es bereits Mitte des letzten Jahrhunderts erste innovative Entwicklungen. So rüstete der deutsche Ingenieur Rudolf Erren in den 1930er Jahren einige Otto- und Dieselmotoren um und baute einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor ein.

Seit den 1960er Jahren versorgen Brennstoffzellen mit Wasserstoffbetrieb Weltraummissionen mit Strom. Schon seit Jahrzehnten wird Wasserstoff auch in der chemischen Industrie und Technik verwendet. Zum Beispiel für die Herstellung von Stickstoffdünger sowie in Erdölraffinerien zur Herstellung von Benzin oder zur Entschwefelung von Dieselkraftstoff. Und wie sieht es mit der Zukunft aus? Da gilt es noch einige Herausforderungen zu meistern.

Grüner Wasserstoff als Schlüsselelement

Knifflig wird es beispielsweise bei der klimafreundlichen Erzeugung des Gases. Zwar ist Wasserstoff auf der Erde reichlich vorhanden, allerdings fast ausschließlich in chemischen Verbindungen wie Wasser, Säuren oder Kohlenwasserstoffen. Der Haken: Es braucht viel Energie, um das Molekül H₂ abzuspalten. Geschieht das mit Hilfe von elektrischem Strom, spricht man von Elektrolyse. Dabei wird Wasser (H₂O) in Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H₂) zerlegt. Verbreiteter ist aktuell aber die sogenannte Dampfreformierung, bei der Wasserstoff aus Erdgas gelöst wird. Wird der Wasserstoff auf Basis fossiler Energieträger beziehungsweise mit Hilfe von Strom aus fossilen Brennstoffen erzeugt, heißt er „grauer Wasserstoff“. Dieser macht derzeit noch etwa 96 Prozent des weltweit produzierten Wasserstoffs aus. Ein Grund dafür? Noch ist grüner Wasserstoff etwa drei bis viermal so teuer wie Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird. Damit die Kosten sinken, arbeiten Forscherinnen und Forscher an bezahlbaren, flexiblen und effizienteren Elektrolyseanlagen, die ihren Betrieb beispielsweise auf Zeiten mit hohem Stromdargebot (also geringen Stromkosten) beschränken können. Eine ausführliche Wasserstoff-Farbenlehre finden Sie hier.

Das Ziel: Damit Wasserstoff die Energiewende voranbringt, muss seine Erzeugung und Verwendung klimafreundlich und nachhaltig werden – etwa mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Um die für eine Wasserstoffwirtschaft benötigten Mengen an solch „grünem Wasserstoff“ erzeugen zu können, müssen also beispielweise noch neue Solar- und Windenergieanlagen gebaut werden. Was es sonst noch braucht, um eine grüne Wasserstoffwirtschaft zu etablieren, erklärt das Forschungsnetzwerk Wasserstoff in seiner aktuellen Expertenempfehlung.

Klimaneutralen Wasserstoff marktfähig machen

Um grünem Wasserstoff zur Marktreife zu verhelfen, braucht es eine entsprechende Infrastruktur, die Erzeugung, Transport und Nutzung verbindet. Um solche Konzepte außerhalb des Labors zu erproben, fördert das BMWi sogenannte Reallabore der Energiewende. Im kürzlich gestarteten Vorhaben „Energiepark Bad Lauchstädt“ etwa soll Wasserstoff aus Windstrom mittels Erdgaspipelines transportiert und in der chemischen Industrie genutzt werden.

Der Blick in die Vergangenheit hat gezeigt: die Erforschung und die Förderung von Wasserstofftechnologien zahlen sich aus. Vom ersten großen internationalen Projekt HYSOLAR 1986 (in dem innovative photovoltaisch-elektrolytische Anlagen erforscht und entwickelt wurden) bis heute hat die Erforschung von Wasserstofftechnologien viele Meilensteine erreicht. Produktionsanlagen haben heute bis zu zehn Megawatt Leistung. In den nächsten Jahren könnte die Leistung neuer Anlagen laut Experten auf 100 bis 500 Megawatt steigen. Darum unterstützt das BMWi im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms Unternehmen und Forschungseinrichtungen dabei, neue Technologien für die Energieversorgung von morgen zu erforschen und zu entwickeln. Die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) der Bundesregierung enthält konkrete Schritte für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft und die internationale energiepolitische Zusammenarbeit.