Elektrizität als Ursprung von Wasserstoff

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Es gibt viele Arten der Elektrolyse, aber die wirtschaftlichsten Arten auf dem heutigen Markt sind die Alkali-Elektrolyse und die Polymer-Elektrolyt-Membran-Technologie (PEM). Jedoch ist emissionsarme Elektrizität ist die wichtigste Voraussetzung für die Herstellung von emissionsarmem Wasserstoff. Wasserstoff kann nicht klimaneutral sein, wenn nicht ebenfalls der bei seiner Gewinnung angewendete Strom klimaneutral ist.

Auswirkungen auf das Klima

Verbrennt der Wasserstoff, wird Energie ohne Freisetzung von Treibhausgasen gewonnen. Die Herstellung von Wasserstoff muss aber ebenfalls klimafreundlich sein, damit eine Reduzierung von Emissionen durch seine Verwendung erreicht wird. Nur mit 100 Prozent erneuerbarem Strom produzierter Wasserstoff ist klimaneutral, und nur unter dieser Voraussetzung sollte der Wasserstoff als „grün“ bezeichnet werden.

Liegt grüner Wasserstoff einmal als Produkt vor, kann er emissionsfreie Wärme und Energie bereitstellen oder als klimaneutraler Rohstoff zur Herstellung anderer Produkte genutzt werden. Das hätte eine signifikante Senkung der Emissionen in emissionsintensiven Industriezweigen zur Folge. In der Industrie kann Wasserstoff emissionsfreie Hochtemperaturwärme bereitstellen, emissionsarme Stahlherstellung ermöglichen oder als klimaneutraler Rohstoff zur Herstellung von Chemikalien angewendet werden. Er muss den herkömmlichen emissionsreichen Wasserstoff in der heutigen Ammoniakproduktion, Methanolproduktion und der Produktion weiterer Chemikalien, zum Beispiel Wasserstoffperoxid, ersetzen. Des Weiteren muss emissionsfreier Wasserstoff neue klimaneutrale Prozesse ermöglichen, insbesondere in der Stahlherstellung und bei anderen metallurgischen Prozessen, zum Beispiel Herstellung von Kupfer. Der Gesamtbedarf an Wasserstoff steigt durch neue industrielle Anwendungen. Es ist daher für den Klimaschutz zentral, dass er möglichst emissionsfrei hergestellt wird.

Für die Herstellung durch Elektrolyse bedeutet es vor allem, keinen Kohlestrom für die Herstellung von Wasserstoff zu verwenden und die Herstellung nach Möglichkeit mit 100 Prozent erneuerbarem Strom vorzunehmen.

Herstellung von Wasserstoff mit Strom

​Erst bei einer Emissionsintensität des Stroms von weniger als 100 Gramm COpro Kilowattstunde ist der Elektrolyse-Wasserstoff in seinen Emissionen dem herkömmlichen fossilen Wasserstoff aus Erdgas gleich. Das bedeutet, dass in den meisten europäischen Ländern der Einsatz von Strom zur Wasserstoffherstellung immer noch wesentlich emissionsintensiver ist als der direkte Einsatz von Erdgas. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Emissionsintensität des deutschen Stroms betrug im Jahr 2019 noch 401 Gramm COpro Kilowattstunde. Von größter Wichtigkeit bei der Produktion grünen Wasserstoffs ist somit das Vorhandensein von günstigem, emissionsfreiem Strom. Wasserstoff ist nur dann klimaneutral, wenn seine Produktion zur gleichen Zeit und am gleichen Ort wie die Entstehung der entsprechenden Menge an erneuerbarem Strom erfolgt. Eine zeitliche und geographische Übereinstimmung des grünen Stroms und der Elektrolyse-Einheiten ist ein Muss.

​Andere Länder haben auch Atomenergie in ihre Klimastrategien aufgenommen. Atomstrom ist frei von Treibhausgasemissionen, sodass der mit Atomstrom erzeugte Elektrolyse-Wasserstoff ebenfalls klimaneutral wäre. Allerdings sind mit Atomstrom andere Umweltschäden verbunden, sodass seine Verwendung für die Wasserstoffproduktion ebenfalls ausgeschlossen werden sollte.

Infrastruktur

Internationale Zusammenarbeit bewirkt eine Senkung der Kosten und erleichtert die Errichtung der Wasserstoff-Infrastruktur und der Strom-Infrastruktur in benötigtem Ausmaß. Der Ausbau der Wasserstoffleitungen darf jedoch nicht gegen den Ausbau der Stromleitungen ausgespielt werden. Beide Infrastrukturkomponenten werden für eine klimaneutrale Wirtschaft und Gesellschaft gebraucht. Mit Fokus auf direkter Elektrifizierung, wo immer möglich und Wasserstoffausbau, wo immer nötig, wird die stärkste Emissionssenkung erreicht.

Wasserstoff kann in unterirdischen Speichern oder in Tanks aufbewahrt werden. Für Entfernungen unter 1500 km ist es am preiswertesten, H2 per Pipeline zu transportieren. Für größere Distanzen wird der Transport per Schiff über Wasserwege immer günstiger.

Bellona fordert:

  • Die Bundesregierung muss bei der Umsetzung der Wasserstoffstrategie sicherstellen, dass nur Strom aus zusätzlichen erneuerbaren Energien für die Wasserstoff-Elektrolyse verwendet werden darf.
  • Kriterien zur Anerkennung des Elektrolyse-Wasserstoffs als emissionsarmer „grüner“ Wasserstoff müssen eine zeitliche und örtliche Korrelation mit der Produktion von Strom aus erneuerbaren Energien enthalten. Diese Kriterien müssen sowohl für inländische Produktion als auch für Importe Anwendung finden.
  • Die Bundesregierung muss sich international dafür einsetzen, dass mit Atomstrom produzierter Elektrolyse-Wasserstoff nicht als emissionsarm anerkannt werden darf.
  • Die Bundesregierung muss schnellstmöglich die regulatorischen Rahmenbedingungen für den Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur als Teil eines Gesamtsystems aus Stromnetz-, Wasserstoff- und CO2-Infrastruktur schaffen. Dabei muss von stark wachsenden Wasserstoffbedarfen für eine klimaneutrale Industrie ausgegangen werden.