Wasserstoff
Potenzial von Wasserstoff
Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum und spielt eine zentrale Rolle in der Energiewende. Auf der Erde kommt er überwiegend gebunden in Wasser, Erdgas und Erdöl vor. Die Gewinnung erfolgt großtechnisch meist über Dampfreformierung oder partielle Oxidation, wobei Kohlendioxid entsteht, was grauen Wasserstoff ergibt. Eine klimaneutrale Alternative ist grüner Wasserstoff aus der Elektrolyse, bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Wasserstoff kann unter hohem Druck oder verflüssigt gelagert und transportiert werden, auch über Pipelines oder als Beimischung ins Erdgasnetz. Er wird sowohl stofflich in der chemischen Industrie zur Herstellung von Ammoniak und Methanol als auch energetisch in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt. Als Energiespeicher kann Wasserstoff klimaneutral hergestellt, leicht transportiert und vielfältig eingesetzt werden, ohne Schadstoffe zu erzeugen, was ihn zu einem wesentlichen Baustein für eine klimaneutrale Volkswirtschaft macht. Der Aufbau einer sektorenübergreifenden Wasserstoffwirtschaft ist entscheidend für die Erreichung der Klimaziele bis 2045. Die Entwicklung von grünem Wasserstoff, der mit erneuerbarem Strom produziert wird, ermöglicht klimaneutrale chemische Prozesse und entlastet das Stromnetz. Die Transformation zu einer klimaneutralen Weltwirtschaft erfordert Innovationen, Planungssicherheit und Umsetzungswillen, um langfristig Lösungen für die Klimaproblematik und Versorgungssicherheit zu bieten. Welches Potential Wasserstoff in Deutschland zu bieten hat, findet sich im Projekt "Wasserstoffatlas" der OTH Regensburg. Die internationalen Beziehungen und der Wasserstoffhandel werden im Projekt "H2Global meets Africa" beleuchtet.
Einsatzbereiche von Wasserstoff
Wasserstoff kann in verschiedenen Formen und Bereichen im Energiesystem genutzt werden. Ein Einsatzbereich ist die Nutzung als Energiespeicher für die Langzeitspeicherung über Monate oder Jahre. Ein weiterer ist die Nutzung als Treibstoff in der Mobilität, als Industrierohstoff oder als Substitut fossiler Energien in der Strom- und Wärmeerzeugung zu finden.
Im Verkehrssektor bietet Wasserstoff insbesondere für Anwendungen mit hohen Reichweitenanforderungen und großer Nutzlast, wie im Schwerlastverkehr, im Schienenverkehr oder in der Schifffahrt, erhebliche Vorteile. Brennstoffzellenfahrzeuge (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEVs) nutzen Wasserstoff, um elektrischen Strom für den Antrieb zu erzeugen, wodurch sie emissionsfrei betrieben werden können. Darüber hinaus ist Wasserstoff eine vielversprechende Option für synthetische Kraftstoffe in der Luftfahrt. Durch die Nutzung von grünem Wasserstoff im Verkehrssektor kann ein wesentlicher Beitrag zur Senkung der Treibhausgasemissionen und zur Erreichung der Klimaziele geleistet werden.
Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle in der Dekarbonisierung der Industrie, insbesondere in schwer elektrifizierbaren Prozessen. In der Stahlindustrie wird Wasserstoff zunehmend als Reduktionsmittel im Direct Reduced Iron (DRI)-Verfahren genutzt, um Kohle zu ersetzen und CO₂-Emissionen erheblich zu senken. Auch in der chemischen Industrie ist Wasserstoff ein unverzichtbarer Rohstoff, beispielsweise bei der Herstellung von Ammoniak für Düngemittel und Methanol. Der Umstieg auf grünen Wasserstoff, der mithilfe erneuerbarer Energien produziert wird, könnte die Emissionen dieser Prozesse drastisch reduzieren und die Industrie klimafreundlicher gestalten. Die Fragen, wie die fossilen Rohstoffe in der Industrie durch Wasserstoff oder dessen Derivate substituiert werden können und wie eine gesamtheitliche Defossilisierung des Sektors bis zum Jahr 2050 erfolgen kann, ist Teil der Forschungsvorhaben "P2X Kopernikus" und "Wasserstoffatlas".
Der Wärmemarkt stellt einen komplexen Nutzungssektor dar, in welchem zur Erreichung der Klimaschutzziele neben Effizienzmaßnahmen der Umstieg auf Erneuerbare Energien relevant ist. In einer vom nationalen Wasserstoffrat (NWR) beauftragten Studie wurden insbesondere in den Bereichen Fern- und Prozesswärmebereitstellung Wasserstoffbedarfe identifiziert. In diesem Kontext besitzen wasserstoffbasierte Kraft-Wärme-Kopplungs(KWK)-Systeme eine hohe Relevanz, da diese Systeme fossil betriebene Blockheizkraftwerke (BHKW) einfach substituieren und einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energieversorgung leisten können. Die OTH Regensburg beschäftigt sich in diesem Zusammenhang im Forschungsvorhaben "Living H2" mit der Installation und dem sicheren Betrieb eines mit Wasserstoff betriebenen BHKW in einer typischen Hausumgebung mit techno-ökonomischen, ökologischen und sozialen Untersuchungen und Bewertungen des Systems.
Markthochlauf von Wasserstoff
Der Markthochlauf von grünem Wasserstoff und seiner Derivate wird in einzelnen Ländern sowie auf europäischer Ebene finanziell von verschiedenen Instrumenten unterstützt. Auf europäischer Ebene wurden die ersten Auktionen über die European Hydrogen Bank (EHB) durchgeführt und ausgewertet. Darüber hinaus werden durch die Klimaschutzverträge (KSV) Industrieanlagen in Deutschland gefördert, die von fossilen Brennstoffen auf klimafreundliche Energieträger umsteigen. International spielt insbesondere der Inflation Reduction Act (IRA) eine zentrale Rolle für den Markthochlauf emissionsarmen Wasserstoffs.
Im einem Forschungsvorhaben der OTH Regensburg liegt der Fokus auf der Analyse von diesen sowie weiteren Instrumenten, die den Hochlauf von internationalen Wasserstoffmärkten unterstützen. Dabei sollen die Entwicklung und die Ergebnisse der verschiedenen Instrumente eingeordnet, mögliche Auswirkungen eingeschätzt und Vorschläge für die Weiterentwicklung von Instrumenten zu erarbeiten werden, so dass politische und wirtschaftliche Ziele über die Hochlaufphase verfolgt und erreicht werden können. Hierzu zählen vor allem die Etablierung erster Liefer-, Logistik- und Wertschöpfungsketten, der Aufbau heimischer Produktion und Nutzung, die Unterlegung von Wasserstoffpartnerschaften, die Schaffung von Importkorridoren und ein Anstoß für globale Commodity-Märkte in Kooperation mit den europäischen Nachbarländern. Dahinter stehen einerseits unterschiedliche Zeithorizonte, andererseits auch strategische Präferenzen und Zielvorgaben. Dafür ist eine detaillierte Analyse nach Wasserstoff und seinen Derivaten notwendig.
