Möglichst effizient – die Nutzung von Wasserstoff

Fragen an Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulz

Professor für Elektrische Energiesysteme

  • Wie kann Wasserstoff im Energiesystem helfen?
  • In welchen Sektoren wird Wasserstoff zukünftig genutzt?
  • Wie kann Wasserstoff zukünftig im norddeutschen Energiesystem eingesetzt werden?

Die Nutzung von Wasserstoff

Wasserstoff ist ein Energieträger, der sich auf vielfältige Weise nutzen lässt. Er ist in allen Bereichen unserer Gesellschaft flexibel einsetzbar – in Industrie und Verkehr, aber auch in der Energiewirtschaft und im Gebäudesektor. Damit ist er eine Art energetische Grundwährung der Zukunft und darf – eine klimaneutrale Erzeugung vorausgesetzt – als zentrales Element der Energiewende gelten. 

Diese Energiewende fußt vor allem auf der Erzeugung von Strom aus regenerativen Energien. Zum Teil lässt sich dieser Strom direkt nutzen, etwa für die batteriegestützte Elektromobilität. In einigen Bereichen unserer Volkswirtschaft aber ist diese direkte Nutzung nicht möglich oder nur eingeschränkt sinnvoll, etwa beim Betrieb von Schiffen und Flugzeugen, aber auch für etliche Produktionsprozesse in der Industrie. Hier kann klimaneutral erzeugter Wasserstoff als flexibler, speicherbarer Energieträger und Zwischenspeicher fungieren. 

Um langfristig zu klimaneutralen Produktionsprozessen zu kommen, ist für manche Industriezweige die Nutzung von grünem Wasserstoff alternativlos. Prominentes Beispiel ist die Stahlindustrie: Heute erzeugt sie ihr Roheisen in mit Kokskohle betriebenen Hochöfen, verbunden mit erheblichen CO2-Emissionen. Künftig will sie die Eisenerze klimaneutral per sogenannter Direktreduktion behandeln – und zwar auf der Basis von grünem Wasserstoff. Auch für Chemieunternehmen, Zementhersteller und Düngemittelproduzenten dürfte Wasserstoff das entscheidende Werkzeug zur Dekarbonisierung darstellen. 

Im Straßenverkehr scheint der Einsatz von Wasserstoff vor allem für die Bewältigung großer Distanzen und schwerer Lasten sinnvoll. Dabei lässt sich das Gas entweder direkt nutzen, insbesondere in Brennstoffzellen. Oder es wird zu sogenannten E-Fuels verarbeitet, zum Beispiel zu synthetischem Benzin oder Diesel. Damit ließen sich konventionelle Verbrennungsmotoren antreiben – allerdings mit einem eher ungünstigen energetischen Gesamtwirkungsgrad. Bei der Bahn rollen schon heute einige wasserstoffbetriebe Züge auf den Schienen. In Zukunft könnten sie sämtliche Dieselloks ersetzen und dadurch beträchtliche CO2-Emissionen einsparen. 

Auch die Luftfahrt plant mit H2: Airbus hat ein großangelegtes Forschungs- und Entwicklungsprogramm aufgelegt mit dem Ziel, bis 2035 ein serienreifes Wasserstoff-Flugzeug zu präsentieren. Es könnte auf Kurz- und Mittelstecken zum Einsatz kommen. Für die Lang- und Ultralangstecke scheint jedoch der Einsatz von synthetischem Kerosin wahrscheinlicher, gewonnen aus grünem Wasserstoff. Selbst Schiffe dürften künftig klimaneutral mit wasserstoffbasierten Treibstoffen in See stechen. Kleinere Wasserfahrzeuge könnten das Gas per Brennstoffzelle direkt nutzen. Größere Schiffe würden mit Ammoniak oder Methanol betrieben – Kraftstoffe, die ebenfalls mit Hilfe von grünem Wasserstoff erzeugt werden können.
In den Heizungskellern könnte Wasserstoff nach und nach fossiles Erdgas ersetzen. Die Hersteller sind bereits dabei, ihre Heizkessel auf „H2-ready“ umzurüsten. In Frage dürfte das vor allem für jene Bestandsgebäude kommen, die sich nicht oder nur mit einem hohen Aufwand wärmedämmen lassen. Für Neubauten und energetisch sanierte Gebäude scheint dagegen der Einsatz von Wärmepumpen sinnvoll.

Wasserstoff kann auch helfen, Schwankungen im Stromnetz zu puffern, insbesondere bei sogenannten Dunkelflauten, wie sie an dunklen, windarmen Wintertagen auftreten können. Hier lässt sich Wasserstoff mit Gasturbinen oder Brennstoffzellen in Strom zurückverwandeln. Allerdings konkurriert diese Methode mit anderen Verfahren, etwa dem Einsatz spezieller Speicherbatterien. 

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Welche Industriezweige werden Wasserstoff nutzen?

Der Industriesektor ist für etwa 24 Prozent1 der deutschen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Die emissionsstärksten Branchen sind Stahlkonzerne, Raffinerien, Zementhersteller sowie die chemische Industrie2. Da in Zukunft CO2-Steuern und CO2-Zertifikate schrittweise erhöht werden, dürften große Teile der Industrie auch aus wirtschaftlichen Gründen die Defossilierung ihrer Produktion vorantreiben. Hier bietet sich Wasserstoff für viele Bereiche als Lösung an – für manche gilt er sogar als alternativlos.

Ein augenfälliges Beispiel ist die deutsche Stahlindustrie: Pro Jahr erzeugt sie Treibhausgasemissionen von rund 37 Millionen Tonnen3. Ein Großteil davon geht auf die Reduktion des Eisenoxids zu Eisen zurück; sie erfolgt in mit Kokskohle befeuerten Hochhöfen (indem mit Hilfe des Kohlenstoffs eine chemische Reduktion aus der Kohle stattfindet). Für eine klimafreundliche Produktion setzen die Unternehmen künftig auf reinen Wasserstoff als Reduktionsmittel: Mit ihm könnten die Eisenerze in sogenannten Direktreduktionsanlagen klimaneutral zu reinem Eisen weiterverarbeiten werden. 

Die Salzgitter AG erprobt in dem Projekt Salcos bereits großtechnisch den Einsatz von grünem Wasserstoff bei der Stahlproduktion. Auch der Hersteller ArcelorMittal wird an seinem Hamburger Standort im Jahr 2024 eine Demonstrationsanlage in Betrieb nehmen. Pro Jahr soll sie 100.000 Tonnen Eisenschwamm erzeugen, der anschließend zu Eisen bzw. Stahl weiterverarbeitet wird. Zunächst soll diese Anlage zwar mit grauem Wasserstoff arbeiten. Doch bis 2030 will das Unternehmen die Produktion in Hamburg CO2-neutral gestalten4. Der dafür nötige grüne Wasserstoff könnte unter anderem von einer großen Elektrolyse-Anlage kommen, die am Kraftwerksstandort Hamburg-Moorburg geplant ist und 2025 ihren Betrieb aufnehmen soll.5

Die Herstellung von Aluminium ist ebenfalls energieintensiv; sie verursacht etwa ein Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen6. Auch hier kann Wasserstoff helfen: So erwägt das Hamburger Werk des Herstellers Trimet Aluminium, in sogenannten Anodenbrennöfen neben Erdgas künftig auch Wasserstoff einzusetzen, und zwar bis zu 20 Prozent. Das würde den CO2-Ausstoß merklich reduzieren.7 Einen großen Strombedarf haben die für die Aluminiumerzeugung benötigten Schmelzöfen. Sollen sie künftig mit Solar- und Windstrom betrieben werden, bräuchte es beträchtliche Speicherkapazitäten, um wetterbedingte Schwankungen auszugleichen. Hier sieht das Unternehmen Wasserstoff als vielversprechendes Speichermedium8.

Da auch Chemiekonzerne und Düngemittelhersteller in großem Maßstab auf Wasserstoff angewiesen sind, dürfte der Bedarf der Industrie in den kommenden Jahrzehnten beträchtlich sein. Die Folge: Solange grüner Wasserstoff noch nicht in den ausreichenden Mengen zur Verfügung steht, droht eine Nutzungskonkurrenz mit anderen Sektoren wie dem Verkehr und dem Wärmemarkt – womöglich verbunden mit beträchtlichen Preissteigerungen und zeitweiligen Versorgungsengpässen.

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Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz

Man muss neuen Technologien Zeit geben, sich zu entwickeln. Darum würde ich auf keinen Fall eine bestimmte Nutzungsart für Wasserstoff priorisieren. Wir sollten die Technologien in allen Bereichen entwickeln und erproben.

Kann Wasserstoff helfen, das Stromnetz zu stabilisieren und Dunkelflauten auszugleichen?

Heute decken die erneuerbaren Energien nahezu 50 Prozent9 unserer Stromnachfrage. Bis 2030 soll dieser Anteil auf 65 Prozent steigen, 2045 soll der Strom dann komplett treibhausgasneutral erzeugt werden.10 Der Großteil dieses Stroms wird von Windrädern und Solaranlagen kommen – mit dem Nachteil, dass die Erzeugung tageszeit- und wetterabhängig ist: Nachts funktionieren Solarzellen nicht, bei einer Flaute kommt kein Windrad in Schwung. Um diese Schwankungen auszugleichen, braucht es Speicher, die Strom flexibel, in großen Mengen und möglichst preisgünstig speichern können. 

Wasserstoff bietet hierfür eine Perspektive. In einer künftigen Wasserstoffwirtschaft produzieren große Elektrolyseuranlagen das Gas vor allem dann, wenn Solarzellen und Windräder bei günstiger Witterung große Mengen an grünem Strom liefern. Dieser Wasserstoff lässt sich dann auf verschiedene Art speichern, etwa in Drucktanks, Metallhydriden, Salzstöcken oder auch im Gasnetz. Damit stünde er dem Energiesystem flexibel zur Verfügung und ließe sich in Zeiten, in denen es an Solar- und Windstrom mangelt, rückverstromen. Diese Flexibilität wäre ein Vorteil gegenüber anderen Speichertechniken wie speziellen Batterietypen und könnte den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrads ausgleichen.  

Die Rückverstromung des Wasserstoffs kann entweder in umgerüsteten Gaskraftwerken geschehen, aber auch in Brennstoffzellen. Beide können als Blockheizkraftwerke agieren und erzeugen dann nicht nur Strom, sondern auch Wärme. Diese lässt sich dann als Prozesswärme für die Industrie nutzen und/oder in Fernwärmenetze einspeisen. Dadurch ließen sich Wirkungsgrad und Effizienz merklich erhöhen. 

Auch mit den immer wieder vorkommenden kurzfristige Bedarfsspitzen dürften diese Wasserstoff-Kraftwerke umgehen können: Muss zum Beispiel ein Windpark wegen eines aufziehenden Sturms unvermittelt abgeschaltet werden, könnten H2-Kraftwerke rasch genug hochgefahren werden, um plötzliche Versorgungsengpässe zu kompensieren. Für eine Übergangsphase, solange grüner Wasserstoff noch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht, könnten solche Gaskraftwerke zunächst mit Erdgas betrieben werden. 

Im Prinzip ließen sich dafür die derzeit bestehenden Anlagen als Brückentechnologie nutzen: Anfangs würden sie mit Erdgas laufen und danach würde man ihnen immer größere Mengen an grünen Wasserstoff und auch Biomethan beimischen. Ist dann irgendwann genügend Wasserstoff vorhanden, ließen sie sich mit reinem H2 betreiben. Dazu allerdings würde es einer gewissen Umrüstung bedürfen – die Gasturbinen müssten „Wasserstoff-ready“ gemacht werden. 

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Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz

In Norddeutschland können wir eine hohe Effizienz in der Wasserstoffwirtschaft erreichen. Hier stehen Nutzung und Erzeugung nah beieinander, und durch die vielen Windparks steht günstig Energie zur Verfügung. Deshalb sehe ich eine Riesenchance für Norddeutschland, Kostenvorteile zu erreichen und zu einem Standort zu werden, wo man Dinge ausprobieren kann, die anderswo nicht so gut möglich sind.

Welche Rolle kann Wasserstoff im Straßenverkehr spielen?

Der Straßenverkehr ist für etwa ein Viertel der Treibhausgasemissionen in der EU verantwortlich.11 Grob lässt er sich in zwei Sparten unterteilen: Ein Großteil der Fahrten umfasst eher kurze Strecken, etwa den täglichen Weg zur Arbeit oder zum Einkaufen. Bei anderen Fahrten werden deutlich längere Strecken bewältigt, zum Beispiel bei Urlaubs- und Dienstreisen und im LKW-Fernverkehr. Für kurze oder auch mittlere Strecken gelten batteriebetriebene Elektrofahrzeuge als zukunftsträchtig: Sie erzeugen keine direkten Emissionen und nutzen den gespeicherten Strom sehr effizient; Batterien haben kaum Verluste und können den Großteil der geladenen Energie wieder abgeben. 

Doch Batterieautos haben auch Nachteile: Zwar ist die Kapazität der Lithium-Ionen-Akkus in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Irgendwann aber muss jedes Batterieauto ans Kabel. Und je nach Art der Ladestation kann der Ladevorgang mehrere Stunden dauern – was unter anderem die Bewältigung von Langstecken erschwert.

Hier bieten wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge eine Alternative: Sie tanken grünen Wasserstoff, speichern ihn in Drucktanks oder zukünftig vielleicht auch in Metallhydriden. Als Kernkomponente fungiert die Brennstoffzelle: Sie lässt den Wasserstoff mit Luftsauerstoff reagieren und erzeugt auf diese Weise Strom, mit dem sich dann ein Elektroantrieb speisen lässt. Aus dem Auspuff kommt reiner Wasserdampf, und mit der bei der Reaktion entstehenden Abwärme lässt sich der Wagen heizen. Bislang sind Brennstoffzellen aber noch nicht in großen Stückzahlen verfügbar. Außerdem sind sie noch relativ teuer. Doch ebenso wie bei den Elektrolyseuren liegen in einer künftigen industriellen Massenfertigung erhebliche Kostensenkungs- und Innovationspotenziale. 

Energetisch betrachtet ist die Energieeffizienz bei einem Wasserstofffahrzeug zwar geringer als bei einem Batterieauto: Die Umwandlung des grünen Stroms in Wasserstoff und die Rückverstromung mit der Brennstoffzelle bringen Verluste mit sich. Dafür aber ist die Fahrzeug-Reichweite nicht durch die Kapazität der Batterie begrenzt, sondern allein durch die Größe des Tanks – und die lässt sich relativ flexibel wählen. Ist dieser Tank leer, kann ebenso schnell Wasserstoff nachgetankt werden wie heute bei Diesel und Benzin. Ein längeres Warten an der Ladesäule entfällt. 

Diese Vorteile machen Wasserstoff vor allem für Fahrzeuge attraktiv, die in der Regel lange Stecken fahren, etwa für den schweren LKW-Fernverkehr. Denn soll ein batteriebetriebener LKW ohne allzu häufiges Nachladen größere Distanzen schaffen, bräuchte er einen leistungsfähigen und damit schweren Akku – was die Nutzlast entsprechend einschränken würde. Eine Brennstoffzellen-Laster mit einem H2-Tank dürfte hier im Vorteil sein. 

Eine weitere Option stellen die E-Fuels dar. Dabei wird mittels einer mehrstufige Prozesskette aus grünem Strom synthetisches Benzin und Diesel gewonnen. Auch hier spielt grüner Wasserstoff als Zwischenprodukt eine zentrale Rolle: Er wird mit Elektrolyseuren hergestellt. Anschließend lässt man ihn mit Kohlenstoff-Verbindungen zu langkettigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen reagieren und kann daraus dann mit bekannter Raffinerietechnologie normenkonforme Kraftstoffe erzeugen. Wenn der Kohlenstoff nicht aus fossilen Quellen, sondern zum Beispiel aus Biomasse stammt, können auch E-Fuels klimaneutral sein. Sie hätten auch den Vorteil, dass sich die heutigen Autos mit Verbrennungsmotor weiter nutzen ließen ebenso wie das derzeitige Tankstellennetz. Allerdings ist die Effizienz von E-Fuels aufgrund der lange Prozesskette schlechter als die direkte Nutzung von Wasserstoff.

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Wird es Wasserstoffflugzeuge geben?

Rund vier Prozent aller Treibhausgasemissionen in der EU entfallen auf den Flugverkehr.12 Hinzu kommen weitere schädliche Klimawirkungen, etwa hervorgerufen durch die von Flugzeugen verursachte Wolkenbildung. Allerdings gilt die Defossilierung der Luftfahrt als besonders große Herausforderung. Zwar wird an batteriebetriebenen Flugzeugen geforscht, allerdings dürften sie sich in absehbarer Zeit nur für kleinere Maschinen mit geringen Reichweiten eignen. 

Eine Alternative wäre der Betrieb mit E-Fuels – mit synthetischem Kerosin, das mit Hilfe von regenerativen Energien gewonnen wird, wobei grüner Wasserstoff als Zwischenprodukt fungiert. Der Vorteil: Die heutigen Flugzeuge mit ihren Verbrennungsturbinen ließen sich auch in Zukunft verwenden. Allerdings ist die Herstellung der E-Fuels aufwändig und dürfte zu hohen Treibstoffkosten führen. 

Deshalb arbeitet die Branche daran, Wasserstoff als Kerosinersatz zu verwenden. Konkrete Pläne verfolgt der Flugzeughersteller Airbus, der in Norddeutschland mehrere Standorte hat. Das Unternehmen hat angekündigt, bis 2035 einen Passagierjet auf den Markt zu bringen, der mit Wasserstoff fliegt und damit kein CO2 mehr ausstößt.13 Im Fokus der Entwicklung stehen drei Konzepte: Eines basiert auf Flugzeugturbinen, die sich im Prinzip ohne größere Modifikationen auf Wasserstoff umstellen lassen sollten. Eine andere Variante sieht die Entwicklung einer wasserstoffbetriebenen Maschine mit Propellerantrieb vor. Eine dritte zielt auf den sogenannten Nurflügler ab, bei dem der gesamte Rumpf als Tragfläche dient.

Als größte Herausforderung bei der Entwicklung gelten die Wasserstoff-Tanks. Eine gasförmige Speicherung würde zu viel Platz brauchen. Deshalb setzt Airbus auf Flüssigwasserstofftanks, in denen der Wasserstoff auf minus 253 Grad Celsius gekühlt wird. Diese Tanks müssen gut wärmeisoliert werden. Deshalb können sie nicht mehr wie heute in den Tragflächen sitzen, sondern müssten irgendwo im Rumpf untergebracht werden. Wie dafür eine möglichst günstige Geometrie aussehen könnte, ist aktuell Forschungsgegenstand. Offen ist auch die Frage, inwieweit das als Abgas ausgestoßene Wasser die Bildung von Wolken beeinflusst. 

Die derzeit geplanten Konzepte zielen im Wesentlichen auf Kurz- und Mittelstrecken ab. Für Langstecken-Jets gilt vorerst der Einsatz von E-Fuels und auch Biokerosin als wahrscheinlicher. 

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Werden Züge und Schiffe mit Wasserstoff unterwegs sein?

Die meisten Züge fahren elektrisch; sie zapfen den Strom von der Oberleitung ab. Allerdings sind längst nicht alle Strecken elektrifiziert, hier sind nach wie vor Dieselloks unterwegs. Wasserstoffzüge bieten eine klimafreundliche Alternative: Sie haben leistungsstarke Brennstoffzellen an Bord, die Wasserstoff in Strom umwandeln und damit einen Elektromotor antreiben. Von 2018 bis 2020 wurden zwei Vorserienmodelle im Weser-Elbe-Netz erfolgreich erprobt – eine Weltpremiere.14 Ab 2022 sollen insgesamt 14 Serienzüge die Dieseltriebzüge auf den Strecken ersetzen.  

Weiter in der Zukunft liegt der Einsatz von Wasserstoff im Schiffsverkehr. Über ihn laufen etwa 80 Prozent des Welthandels,15 und derzeit ist er für rund drei Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich16. Der direkte Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff kommt eher für kleine Schiffe in Frage. Hier gab und gibt es bereits Pilotprojekte, zum Beispiel das brennstoffzellenbetriebene Ausflugsschiff „Alsterwasser“ in Hamburg. Für die Zukunft erwägt der Hamburger Betreiber Hadag, seine Hafenfähren mit einem Brennstoffzellen-Antrieb auszurüsten.17

Für längere Stecken, insbesondere für die Seeschifffahrt, werden andere Alternativen diskutiert, bei denen grüner Wasserstoff als Zwischenprodukt relevant ist. Eine Möglichkeit besteht darin, die bisher gebräuchlichen Diesel- und Schweröl-Kraftstoffe durch E-Fuels zu ersetzen. Günstiger könnte es sein, Schiffe künftig mit Ammoniak oder Methanol zu betreiben. Beide lassen sich in Flüssigtanks an Bord transportieren und können aus grünem Wasserstoff hergestellt werden. Am wirtschaftlichsten ließen sie sich in sonnen- oder windreichen Ländern produzieren, in denen grüner Strom günstig zur Verfügung steht. 

Derzeit wird der Einsatz sowohl von Methanol als auch von Ammoniak in Pilotprojekten erprobt. So arbeitet das in Mecklenburg-Vorpommern ansässige Projekt „Campfire“ an einem Konzept einer ammoniakbetriebenen Fähre18 und das EU-Projekt “ShipFC” rüstet ein Versorgungsschiff mit Ammoniakantrieb aus19. Möglich ist dabei sowohl die direkte Verbrennung von Ammoniak in Gasmotoren als auch der Betrieb spezieller Brennstoffzellen. Allerdings wären noch einige regulatorische Hürden zu nehmen: Weil Ammoniak giftig ist, ist seine Mitnahme an Bord (abgesehen von Spezialfrachtern) bislang nicht erlaubt.  

Auch bei der Nutzung von grünem Methanol – gewonnen aus grünem Wasserstoff – gibt es Aktivitäten: So nimmt das Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven im Herbst 2022 mit dem Forschungskutter „Uthörn“ ein seetüchtiges Schiff in Betrieb, das mit dem emissionsarmen Antrieb unterwegs sein soll.20 Um die verschiedenen Ansätze für klimaneutrale Schiffsantriebe systematisch zu untersuchen, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt 2020 im schleswig-holsteinischen Geesthacht eine neue Einrichtung gegründet, das DLR-Institut für Maritime Energiesysteme21. Eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie soll helfen, die jeweiligen Forschungsresultate möglichst unmittelbar in die Anwendung zu überführen.

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Werden wir mit Wasserstoff heizen?

Nach wie vor wird in Deutschland überwiegend mit fossilen Brennstoffen geheizt – und zwar primär mit Erdgas und Heizöl. Regenerative Quellen wie Bioenergie oder Solarthermie tragen bislang nur zu etwa 15 Prozent zur Wärmeversorgung bei.22 Deshalb ist die Erzeugung von Raumwärme, Warmwasser und industrieller Prozesswärme für rund 40 Prozent aller energiebedingten CO2-Emissionen in Deutschland verantwortlich.23 Die Folge: Um unsere Gesellschaft bis 2045 treibhausgasneutral zu machen24, bedarf es einer umfassenden Wärmewende. Dem Wasserstoff kann dabei eine wichtige Rolle zukommen.
  
Die Nutzung von Wasserstoff zur Wärmeerzeugung ist prinzipiell nichts Neues: Städte wie Berlin nutzten in der Vergangenheit sogenanntes Stadtgas, hergestellt primär aus Kohle. Dieses Gas enthielt bis zu 50 Prozent Wasserstoff und kam per Gasnetz zu den Verbrauchsstellen. Allerdings handelte es sich um grauen, mit CO2-Emissionen behafteten Wasserstoff. 

Heute wird fast die Hälfte der gut 40 Millionen Wohnungen in Deutschland mit Erdgas beheizt.25 Um die damit verbundenen CO2-Emissionen zu senken, erproben diverse Pilotprojekte eine Beimischung mit grünem Wasserstoff. So zielt das Projekt „mySMARTLife“ in einem Neubaugebiet in Hamburg-Bergedorf darauf ab, dem Erdgas bis zu 30 Prozent Wasserstoff beizumischen.26 Dazu müssen die heute gängigen Heizkessel nur geringfügig modifiziert werden. Einige Hersteller bieten bereits Geräte an, die im Prinzip auch mit 100 Prozent Wasserstoff laufen können.27 Alternativ lassen sich auch Brennstoffzellen verwenden, die als Blockheizkraftwerk fungieren und neben Wärme auch Strom erzeugen. Für den H2-Transport in die Wohnungen kämen im Prinzip das derzeitige Gasnetz in Frage, das dafür allerdings umgerüstet werden müsste.  

Für die Beheizung von Neubauten und wärmegedämmten Bestandsgebäuden favorisieren zahlreiche Studien28 allerdings eine andere Technik – die Wärmepumpe. Vereinfacht gesagt funktioniert sie nach dem umgekehrten Kühlschrank-Prinzip: Sie entzieht Wärme aus ihrer Umgebung. Dafür braucht sie Strom. Stammt diese elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen, lässt sich damit klimaneutral heizen. Am geeignetsten sind sie für den Betrieb mit Heizkreisläufen, die mit geringen Wassertemperaturen auskommen, zum Beispiel Fußbodenheizungen. 

Allerdings gibt es Altbauten, bei denen eine energetische Sanierung aufwändig und damit kostspielig werden dürfte, etwa aus Gründen des Denkmalschutzes. Auch der Ersatz von herkömmlichen Heizkörpern durch Fußbodenheizungen oder spezielle Flachheizkörper dürfte nicht selten zu einem Hemmfaktor geraten. Hier kann der Einsatz von Wärmepumpen schwierig werden, und hier bietet sich Wasserstoff als Alternative an. Deswegen ist davon auszugehen, dass beide Verfahren zumindest für eine ganze Zeit nebeneinander existieren und zum Einsatz kommen werden. 

Auch für die Defossilierung der Fernwärme ist Wasserstoff im Gespräch. So will der norddeutsche Versorger „Hamburger Energiewerke“ künftig die Abwärme der im Hamburger Hafen geplanten Elektrolyseur-Anlage nutzen, um sie in sein Fernwärmenetz einzuspeisen.29 Zudem plant das Unternehmen, seine beiden Kohleheizkraftwerke bis 2030 abzuschalten30 und durch klimafreundlichere Wärmequellen zu ersetzen. Geplant ist unter anderem der Bau eines Gas- bzw. Biomasseheizwerks, das künftig auch mit grünem Wasserstoff betrieben werden könnte.

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Quellen

1. "Emissionsquellen", aufgelistet vom Umweltbundesamt, 05.07.2021: 
https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/treibhausgas-emissionen/emissionsquellen#energie-stationar, aufgerufen am 18.05.2022.

2. "Treibhausgasemissionen des Industriesektors in Deutschland nach Branchen im Jahr 2020, erhoben vom Umweltbundesamt", Deutsche Emissionshandelsstelle, in 2021: 
https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1078829/umfrage/treibhausgasemissionen-der-deutschen-industrie-nach-branchen/, aufgerufen am 18.05.2022.

3. "Treibhausgasemissionen der deutschen Stahlindustrie* in den Jahren 1995 bis 2019", erhoben vom Statistischen Bundesamt, September 2021: 
https://de.statista.com/statistik/daten/studie/476860/umfrage/treibhausgasemissionen-der-deutschen-stahlindustrie/, aufgerufen am 18.05.2022.

4. "Hamburg: Wasserstoff-Projekt mit konkreter Planung", veröffentlicht vom Unternehmen ArcelorMittal:
https://germany.arcelormittal.com/icc/arcelor/broker.jsp%3FuMen%3D9d0f6fbb-a799-5199-f8b4-947d7b2f25d3%26uCon%3Defe407a1-7e2f-4171-5933-6eb4ba5c485d%26uTem%3Daaaaaaaa-aaaa-aaaa-aaaa-000000000011, aufgerufen am 18.05.2022.

5. "Wasserstoffprojekt Hamburg-Moorburg. Vier Partner unterzeichnen Absichtserklärung über 100 Megawatt Elektrolyse", veröffentlicht von der Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft, 22. Januar 2021: https://www.hamburg.de/pressearchiv-fhh/14847126/2021-01-21-bukea-wasserstoffprojekt-am-standort-moorburg/, aufgerufen am 18.05.2022.

6. Jürgen Vasters und Gudrun Franken: "Aluminium - Informationen zur Nachhaltigkeit". Herausgegeben von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe B 1.2 Geologie der mineralischen Rohstoffe, Arbeitsbereich Bergbau und Nachhaltigkeit, Stand Juli 2020, S. 6: 
https://www.deutsche-rohstoffagentur.de/DE/Gemeinsames/Produkte/Downloads/Informationen_Nachhaltigkeit/aluminium.pdf?__blob=publicationFile&v=2, aufgerufen am 18.05.2022.

7. "IVH-Energieeffizienz-Netzwerk der Hamburger Industrie. Austausch auf hohem fachlichem Niveau", aufgerufen in 2022: https://www.effizienznetzwerke.org/erfolgsgeschichte/austausch-auf-hohem-fachlichem-niveau/, aufgerufen am 18.05.2022.

8. Janina Grimm: "An alle Befürworter der erneuerbaren Energien: Auf das Timing kommt es an! Ein Gespräch mit Klaus Schweininger von der TRIMET Aluminium SE in Hamburg", 17.02.2021: https://www.erneuerbare-energien-hamburg.de/de/blog/details/an-alle-befuerworter-der-erneuerbaren-energien-auf-das-timing-kommt-es-an.html, aufgerufen am 18.05.2022.

9. "Dossier Erneuerbare Energien", veröffentlicht vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, aufgerufen in 2022: https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Dossier/erneuerbare-energien.html, aufgerufen am 18.05.2022.

10. "Eröffnungsbilanz Klimaschutz", veröffentlicht vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, 13.01.2022, S. 5 und 16f.: https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Downloads/Energie/220111_eroeffnungsbilanz_klimaschutz.pdf?__blob=publicationFile, aufgerufen am 18.05.2022.

11. "Straßenverkehr: EU-weite CO2-Emissionen seit 1990 um 24 % gestiegen. Pkw verursachen den größten Anteil", erhoben vom Statistischen Bundesamt, aufgerufen in 2022: https://www.destatis.de/Europa/DE/Thema/Umwelt-Energie/CO2_Strassenverkehr.html, aufgerufen am 18.05.2022.

12. "Luftverkehr: Privilegien runter, Klimaschutz rauf", veröffentlicht vom Öko-Institut Freiburg, 24.05.2021: https://www.oeko.de/presse/archiv-pressemeldungen/presse-detailseite/2021/luftverkehr-privilegien-runter-klimaschutz-rauf, aufgerufen am 18.05.2022.

13. "Zero-E. Airbus: Wasserstoff-Flugzeug ab 2035 'erreichbar'", dpa-AFX-Meldung, veröffentlicht am 22.09.2021: https://www.aero.de/news-40817/Airbus-Wasserstoff-Flugzeug-ab-2035-erreichbar.html, aufgerufen am 18.05.2022.

14. "Eineinhalb Jahre erfolgreicher Probebetrieb der weltweit ersten beiden Wasserstoffzüge, nächste Projektphase beginnt", veröffentlicht von Alstom, 19.05.2020: https://www.alstom.com/de/press-releases-news/2020/5/eineinhalb-jahre-erfolgreicher-probebetrieb-der-weltweit-ersten-beiden, aufgerufen am 18.05.2022.

15. "Weniger Emissionen der Schifffahrt. Sö­ren Eh­lers ist neu­er Di­rek­tor am DLR-In­sti­tut für Ma­ri­ti­me Ener­gie­sys­te­me", veröffentlicht vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt, 11.02.2022: https://www.dlr.de/content/de/artikel/news/2022/01/20220210_soeren-ehlers-ist-neuer-direktor.html, aufgerufen am 18.05.2022.

16. "Emissionen des Luft- und Schiffsverkehrs: Zahlen und Fakten", veröffentlicht vom Europäischen Parlament, 05.12.2019, aktualisiert am 28.04.2021: https://www.europarl.europa.eu/news/de/headlines/society/20191129STO67756/emissionen-des-luft-und-schiffsverkehrs-zahlen-und-fakten-infografik, aufgerufen am 18.05.2022.

17. Friederike Ulrich: "Auf Alster und Elbe sollen mehr Öko-Schiffe schippern", Hamburger Abendblatt, 06.07.2020: https://www.abendblatt.de/hamburg/article229453682/Alster-Elbe-oeko-Schiffe-hadag-Hamburg-emissionsfrei-tjarks-Touristik-alsterdampfer-strom-e-antrieb-Wasserstoff.html, aufgerufen am 18.05.2022.

18. "Innovationsfeld" - zur Rolle von Ammoniak im Rahmen der Energiewende, veröffentlicht vom Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), aufgerufen in 2022: https://wir-campfire.de, aufgerufen am 18.05.2022.

19. "Decarbonizing Shipping", veröffentlicht vom Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems IMM, 23.01.2020: https://www.imm.fraunhofer.de/en/press-publications/kickoff-shipfc.html, aufgerufen am 18.05.2022.

20. "CO2-neutral auf der Nordsee. Forschungsschiffneubau Uthörn erhält nachhaltigen Schiffsantrieb mit grünem Methanol", veröffentlicht vom Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, 08.06.2021: https://www.awi.de/ueber-uns/service/presse/presse-detailansicht/co2-neutral-auf-der-nordsee.html, aufgerufen am 18.05.2022.

21. "Der Stand­ort Geest­hacht des DLR. Institut für Maritime Energiesysteme", veröffentlicht vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt, aufgerufen in 2022: https://www.dlr.de/content/de/standort/geesthacht.html, aufgerufen am 18.05.2022.

22. "Aktuelle Informationen: Erneuerbare Energien im Jahr 2021",  veröffentlicht vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, aufgerufen in 2022: https://www.erneuerbare-energien.de/EE/Navigation/DE/Service/Erneuerbare_Energien_in_Zahlen/Aktuelle-Informationen/aktuelle-informationen.html, aufgerufen am 18.05.2022.

23. "Klimaschutz mit erneuerbarer Wärme", veröffentlicht von der Agentur für Erneuerbare Energien e.V., aufgerufen in 2022: https://www.waermewende.de/waermewende/eigentuemerinnen-mieterinnen/klimaschutz/, aufgerufen am 18.05.2022.

24. "Generationenvertrag für das Klima", veröffentlicht von der Bundesregierung, aufgerufen in 2022: https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/klimaschutz/klimaschutzgesetz-2021-1913672, aufgerufen am 18.05.2022.

25. "So heizen die Deutschen", veröffentlicht vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, aufgerufen in 2022: https://www.bmwi-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2019/10/Meldung/direkt-erfasst_infografik.html, aufgerufen am 18.05.2022.

26. Tom Lindemann: "Lokale Wärmeversorgung mit bis zu 30% Wasserstoff", veröffentlicht von Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg, Fakultät für Elektrotechnik, Professur für Elektrische Energiesysteme, 2019: https://openhsu.ub.hsu-hh.de/handle/10.24405/13897, aufgerufen am 18.05.2022.

27. "Der Energiewende einen Schritt näher", Pressemeldung von Bosch, 05.11.2020: https://www.bosch-presse.de/pressportal/de/de/der-energiewende-einen-schritt-naeher-220800.html, aufgerufen am 18.05.2022.

28. "Metastudie Wasserstoff – Auswertung von Energiesystemstudien. Studie im Auftrag des Nationalen Wasserstoffrats", Projektleitung Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, 04.06.2021, S. 4: 
https://www.wasserstoffrat.de/fileadmin/wasserstoffrat/media/Dokumente/Metastudie_Wasserstoff-Abschlussbericht.pdf, aufgerufen am 18.05.2022.

29. "Wasserstoffprojekt am Standort Hamburg-Moorburg", veröffentlicht von Wärme Hamburg, 22.01.2021: https://waerme.hamburg/presse-media/pressemitteilungen/wasserstoffprojekt-am-standort-hamburg-moorburg, aufgerufen am 18.05.2022.

30. "Wärme Hamburg mit strategischer Neuausrichtung", veröffentlicht von Wärme Hamburg, 16.06.2021: https://waerme.hamburg/presse-media/pressemitteilungen/waerme-hamburg-mit-strategischer-neuausrichtung, aufgerufen am 18.05.2022.