Zukunft Wasserstoffheizung [Seite 1 von 2]

Der Klimawandel ist Realität. Grund genug für die Europäische Union (EU) mit immer ambitionierteren Vorgaben den Ausstoß von Treibhausgasen reduzieren zu wollen. In der Heiztechnik steht dabei neben der Elektrifizierung mit Wärmepumpen und der Stromerzeugung auf Basis Erneuerbarer Energien auch der Wasserstoff als Lösung für eine emissionsfreie Zukunft auf der Wunschliste. In unserer dreiteiligen Serie liefern wir Basiswissen zum Thema Wasserstoff in der Heiztechnik, zeigen die aktuellen politischen Konzepte auf und erläutern anhand von Produkten, wie Wasserstoff statt Erdgas künftig die Energiewende beschleunigen kann.

Viele werden es noch aus dem Chemieunterricht an der Schule wissen: Wasserstoff ist das erste und leichteste chemische Element im Periodensystem. Gleichzeitig ist es das in der Natur am häufigsten existierende. Es ist nahezu unbegrenzt verfügbar, geruchs- und farblos sowie brennbar. Kann Wasserstoff auch in der Heiztechnik punkten und hat er das Potenzial den fossilen Energieträger Erdgas zu ersetzen? Und was macht Wasserstoff so besonders?

Der Klimawandel erfordert nachhaltige CO₂-Reduktionen in der Industrie und im Verkehr. Seit den Pariser Klimabeschlüssen gilt das Ziel, den weltweiten Temperaturanstieg zu begrenzen. Maximal 1,5 °C soll dieser betragen. Und genau an dieser Stelle wird Wasserstoff als Energieträger interessant. Denn er wäre theoretisch in der Lage, derzeit verwendete fossile Energieträger wie Gas und Öl oder Kohle vollständig zu ersetzen und den CO₂-Ausstoß theoretisch auf null zu reduzieren.

Eine Idee von 1874 steht vor dem Durchbruch

Dabei muss man wissen, dass dieses Konzept prinzipiell aus dem vorletzten Jahrhundert stammt. „Wasserstoff und Sauerstoff wird die Energieversorgung der Erde sichern“ – das schrieb der französische Autor Jules Verne bereits 1874. Wie so oft war er mit diesem Gedanken seiner Zeit weit voraus. Heute steht die „Kohle der Zukunft“ – so Verne – vor dem Durchbruch. Denn kommt Wasserstoff mit dem Sauerstoff in der Luft in Kontakt und wird gleichzeitig die erforderliche Zündenergie zugeführt, verbrennt er quasi ohne Reststoffe. Es entsteht lediglich Wasserdampf und eine geringe Menge Stickoxid durch die Verbindung mit dem Stickstoff in der Luft.

Damit hat Wasserstoff prinzipiell das Potenzial fossile Energieträger vollständig abzulösen. Genau wie Erdgas handelt es sich um ein brennbares Gas mit hohem Energiegehalt – nur die schädlichen „Risiken und Nebenwirkungen“ in Form von CO₂–Emissionen treten nicht auf. Dementsprechend zahlreich sind die Bestrebungen, Projekte mit Wasserstoff umzusetzen. Denn vorhandene Infrastruktur sowie industrielle Verfahren und Technologien könnten weiter genutzt werden. Gewerbe und Privathaushalt, die noch auf fossile Energieträger setzen, ließen sich mit prinzipiell geringen Investitionen künftig alternativ mit Wasserstoff betreiben. Eine Win-Win-Situation im großen Maßstab.

Wasserstoff hat das Potenzial zur klimaneutralen Energieversorgung

Das einzige Problem dabei: Für die Industrie und industrielle Prozesse oder den Verkehr verwertbarer Wasserstoff kommt in der Natur nicht vor, sondern er muss erzeugt werden. Dabei geht es nicht um eine „Förderung“ oder einen „Abbau“, wie bei fossilen Energieträgern, sondern um die chemische Aufspaltung des wichtigsten Rohstoffes, der Wasserstoff enthält: Wasser mit der chemischen Formel H₂O. Wasser steht quasi unbegrenzt zur Verfügung. Und auch bei der Produktion von Wasserstoff ist es möglich, dass keine CO₂-Emissionen entstehen. Damit hat Wasserstoff in jeder Hinsicht das Potenzial für eine klimaneutrale Energieversorgung.

Und mit welchen Verfahren wird Wasserstoff gewonnen? In erster Linie wird dafür aktuell die Dampfreformierung eingesetzt. Als Ausgangselemente werden hierbei neben Wasser u. a. auch Erdgas, Biomasse oder Methanol verwendet. Denn auch aus ihnen lässt sich Wasserstoff gewinnen. Bei der Dampfreformierung wird in erster Linie Wärmeenergie benötigt, um Wasserstoff zu gewinnen. Das Problem: Bei der Dampfreformierung entsteht auch CO₂. Als Sonderform spielt derzeit auch der Methanolreformer in Brennstoffzellen für Kraftfahrzeuge eine Rolle. Hierbei wird aus einem Methanol-Wasser-Gemisch reiner Wasserstoff gewonnen, der dann wiederum für den Fahrzeugantrieb eingesetzt wird.

Künftig soll Wasserstoff in erster Linie durch Großanlagen zur Elektrolyse gewonnen werden. Dabei ist das technische Prinzip – egal ob die Wasserstoffgewinnung im kleinen oder großen Maßstab stattfindet – immer gleich. An zwei beschichtete Elektroden wird Gleichstrom angelegt. Zwischen den Elektroden befindet sich ein sogenannter Elektrolyt – zumeist leitfähige Kalilauge. Eine Elektrode ist positiv (Anode), eine negativ geladen (Kathode). Durch das Zuführen elektrischer Energie gibt die Kathode Elektronen an die wässrige Lösung ab. Das Wasser wird chemisch aufgespalten und es bilden sich Wasserstoff und Hydroxid-Ionen. Dafür, dass sich die einmal gebildeten Elemente nicht wieder vermischen, sorgt eine Membran. Dieser Prozess wird auch als Power-to-Gas bezeichnet. Das heißt: Es wird elektrische Energie investiert, um das Wasserstoff als Gas zu gewinnen.

Power-to-Gas gilt als das umweltschonendste Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff. Die Idee dahinter ist so einfach wie bestechend. Denn der für Power-to-Gas benötigte Strom soll künftig ausschließlich aus erneuerbaren Quellen stammen. Dessen Anteil an der Gesamt-Stromerzeugung in Deutschland steigt kontinuierlich weiter an. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen ist jedoch – trotz aller Berechnungsverfahren – äußerst volatil. Denn Strom lässt sich im größeren Maßstab kaum direkt als elektrische Energie speichern. An windreichen Tagen in norddeutschen Windparks könnte künftig jedoch einfach die Power-to-Gas Produktion hochfahren, statt Windkraftanlagen abzuschalten, weil die Stromnetze nicht genug elektrische Energie aufnehmen können. Dadurch gehen in Deutschland jährlich rund 5 TWh umweltfreundlicher Strom verloren, weil er erst gar nicht produziert wird.

Power-to-Gas löst das Problem der volatilen Stromproduktion von Windkraft- und Photovoltaikanlagen

Wird „überschüssiger Strom“ aus erneuerbaren Energiequellen im Power-to-Gas-Verfahren genutzt, um Wasserstoff zu erzeugen, lässt sich der Strom in Form von Wasserstoff möglicherweise im Gasnetz zwischenspeichern und für alle angeschlossenen Verbraucher – sei es aus Industrie und Gewerbe oder Privathaushalt – umwelt- und klimafreundlich nutzen.