Kraftstoff der Zukunft - "grauer", "blauer" oder "grüner" Wasserstoff - Forschung weckt Zweifel.
Wasserstoff hat viele Farben: Häufig ist von grünem, blauem und grauem Wasserstoff die Rede. Man unterscheidet zwischen "grauem", "blauen" und "grünen" Wasserstoff. Die Unterscheidung ist bezüglich der Klimaneutralität extrem wichtig. Nur "grüner" Wasserstoff, der mit grünen, erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne hergestellt wird, ist klimaneutral. Doch den gibt es noch fast gar nicht. Die meisten heute verfügbaren Wasserstoff-Arten sind "grau" oder "blau". Beide sind nicht klimaneutral.
Grüner Wasserstoff
Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von
Wasser CO2-neutral hergestellt. Der dazu
benötigte Strom wird aus erneuerbaren Energiequellen, zum Beispiel
Windkraft, Wasserkraft oder Solarenergie, gewonnen. Weder die
Herstellung noch die Endprodukte Wasserstoff und Sauerstoff sind umwelt-
oder klimaschädlich. Grüner Wasserstoff ist klimaneutral ist.
Blauer Wasserstoff
Blauer Wasserstoff entsteht aus der Dampfreduzierung von
Erdgas. Das Erdgas wird dabei in Wasserstoff und CO2 gespalten. Das
Kohlenstoffdioxid wird bei diesem Verfahren der Dampfreformierung aber
nicht in die Atmosphäre ausgestoßen, sondern gespeichert oder
industriell weiterverarbeitet. Die
Langzeitfolgen der Speicherung sind allerdings unklar. Deshalb ist blauer Wasserstoff nicht klimaneutral.
Grauer Wasserstoff
Grauer Wasserstoff ist nicht
klimaneutral. Er ist das Gegenteil von grünem Wasserstoff. Grauer Wasserstoff entsteht
durch Dampfreformierung fossiler Brennstoffe wie Erdgas oder Kohle. Dabei wird
das Abfallprodukt CO2 direkt an die Umwelt abgegeben. Pro Tonne grauen Wasserstoffs
entstehen gleichzeitig zehn Tonnen Kohlenstoffdioxid. Grauer Wasserstoff wirkt
sich extrem klimaschädlich aus.
Die Industrie preist Wasserstoff als die saubere Energie der Zukunft und als zuverlässigen Kraftstoff der nächsten Generation an, der Autos antreiben, Häuser heizen und Strom erzeugen soll. In Wirklichkeit ist er möglicherweise schlechter für das Klima als bisher angenommen.
Eine neue, von Fachleuten begutachtete Studie über die Klimaauswirkungen von Wasserstoff, der am häufigsten vorkommenden Substanz im Universum, lässt jedoch Zweifel an seiner Rolle bei der Bekämpfung der Treibhausgasemissionen aufkommen, die für die katastrophale globale Erwärmung verantwortlich sind.
Der größte Stolperstein: Der meiste heute verwendete Wasserstoff wird aus Erdgas in einem Prozess gewonnen, der viel Energie erfordert und große Mengen an Kohlendioxid freisetzt. Bei der Förderung von Erdgas wird auch Methan freigesetzt, ein besonders starkes Treibhausgas.
Und obwohl die Erdgasindustrie vorgeschlagen hat, dieses Kohlendioxid abzuscheiden - und damit das zu schaffen, was sie als emissionsfreien, "blauen" Wasserstoff anpreist -, stößt selbst dieser Kraftstoff über seine gesamte Lieferkette immer noch mehr aus als die einfache Verbrennung von Erdgas.
«Wasserstoff als emissionsfreien Kraftstoff zu bezeichnen, ist völlig falsch.», sagte Robert W. Howarth, Biogeochemiker und Ökosystemwissenschaftler an der Cornell University und Hauptautor der Studie. "Was wir herausgefunden haben, ist, dass es nicht einmal ein emissionsarmer Kraftstoff ist.»
Um zu ihrer Schlussfolgerung zu gelangen, untersuchten Dr. Howarth und Mark Z. Jacobson, Professor für Bau- und Umwelttechnik in Stanford und Direktor des dortigen Programms Atmosphäre/Energie, die Treibhausgasemissionen von blauem Wasserstoff während seines Lebenszyklus. Sie berücksichtigten dabei sowohl die Kohlendioxidemissionen als auch das Methan, das bei der Erdgasförderung aus Bohrlöchern und anderen Anlagen entweicht.
Die Forscher gingen davon aus, dass 3,5 Prozent des aus dem Boden gebohrten Gases in die Atmosphäre entweichen, eine Annahme, die sich auf die zunehmende Forschung stützt, die ergeben hat, dass bei der Förderung von Erdgas weit mehr Methan freigesetzt wird als bisher bekannt.
Treibhausgasbilanz von blauem Wasserstoff ist um mehr als 20 Prozent größer ist
als die der Verbrennung von Erdgas oder Kohle zur Wärmeerzeugung.
Sie berücksichtigten auch das Erdgas, das für den Betrieb der Kohlenstoffabscheidungstechnologie benötigt wird. Insgesamt stellten sie fest, dass die Treibhausgasbilanz von blauem Wasserstoff um mehr als 20 Prozent größer ist als die der Verbrennung von Erdgas oder Kohle zur Wärmeerzeugung (bei einer weitaus geringeren Gasleckrate von 1,54 Prozent verringerten sich die Emissionen nur geringfügig, und die Emissionen von blauem Wasserstoff waren immer noch höher als die der einfachen Verbrennung von Erdgas).
Solche Erkenntnisse könnten das Kalkül für Wasserstoff verändern. In den letzten Jahren hat die Erdgasindustrie damit begonnen, Wasserstoff als zuverlässigen Kraftstoff der nächsten Generation zu propagieren, der für den Antrieb von Autos, die Beheizung von Häusern und die Verbrennung in Kraftwerken verwendet werden kann.
Die Branche hat Wasserstoff auch als Rechtfertigung für den weiteren Bau von Gasinfrastrukturen wie Pipelines angeführt, da die Erdgasleitungen in Zukunft eine sauberere Mischung aus Erdgas und Wasserstoff transportieren könnten.
Zwar sind sich viele Experten einig, dass Wasserstoff in Zukunft eine Rolle bei der Energiespeicherung oder beim Antrieb bestimmter Verkehrsmittel spielen könnte - etwa bei Flugzeugen oder Langstrecken-Lkw, bei denen eine Umstellung auf batterieelektrischen Antrieb schwierig sein könnte -, doch es zeichnet sich ein Konsens darüber ab, dass eine breitere Wasserstoffwirtschaft, die auf Erdgas basiert, dem Klima schaden könnte.
Die jüngste Studie ergänzt diese Erkenntnisse, so
Drew Shindell, Professor für Geowissenschaften an der Duke University. Dr.
Shindell war der Hauptautor eines in diesem Jahr veröffentlichten Berichts der
Vereinten Nationen, in dem festgestellt wurde, dass die Verringerung der
Emissionen von Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, für die Bekämpfung der
globalen Erwärmung viel wichtiger ist als bisher angenommen. Die
Wasserstoffstudie zeige, dass "die Möglichkeit, fossile Brennstoffe weiter
zu nutzen und etwas hinzuzufügen, als potenzielle Lösung für das Problem des
Klimawandels weder die Emissionen vollständig berücksichtigt, noch realistische
Annahmen über die zukünftigen Kosten macht.
Aus fossilen Brennstoffen hergestellter
Wasserstoff könnte immer noch als Übergangskraftstoff dienen, würde aber
letztlich nur einen kleinen Beitrag zur nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft
insgesamt leisten. Heute ist nur sehr wenig Wasserstoff umweltfreundlich, da
der Prozess - die Elektrolyse von Wasser, um Wasserstoffatome von Sauerstoff zu
trennen - sehr energieintensiv ist. An den meisten Orten gibt es einfach nicht
genug erneuerbare Energie, um große Mengen an grünem Wasserstoff zu
produzieren. (Sollte die Welt jedoch anfangen, überschüssige erneuerbare
Energie zu produzieren, wäre die Umwandlung in Wasserstoff eine Möglichkeit,
diese zu speichern).
In absehbarer Zukunft wird der meiste Wasserstoff wahrscheinlich aus Erdgas durch ein energieintensives und umweltschädliches Verfahren namens Dampfreformierung hergestellt, bei dem das Methan mit Hilfe von Dampf, hoher Hitze und Druck in Wasserstoff und Kohlenmonoxid zerlegt wird.
Der blaue Wasserstoff nutzt dasselbe Verfahren,
wendet aber die Technologie der Kohlendioxidabscheidung und -speicherung an,
bei der Kohlendioxid aufgefangen wird, bevor es in die Atmosphäre gelangt, und
dann in den Untergrund gepumpt wird, um es dort einzuschließen. Das Erdgas, das
den Wasserstoff erzeugt, den Dampfreformierungsprozess antreibt und die
CO2-Abscheidung betreibt, ist dabei jedoch noch nicht berücksichtigt.
Studie: Wie grün ist blauer Wasserstoff?
Quelle 04/2022
Wasserstoff wird häufig als wichtiger Energieträger in einer zukünftigen
kohlenstoffarmen Welt angesehen. Derzeit wird der meiste Wasserstoff durch
Dampfreformierung von Methan in Erdgas ("grauer Wasserstoff")
hergestellt, wobei hohe Kohlendioxidemissionen entstehen. Zunehmend wird
vorgeschlagen, diese Emissionen durch Kohlenstoffabscheidung und -speicherung
zu verringern und so den so genannten "blauen Wasserstoff"
herzustellen, der häufig als emissionsarm angepriesen wird. In einer von
Fachleuten begutachteten Arbeit untersuchen wir erstmals die Lebenszyklustreibhausgasemissionen
von blauem Wasserstoff unter Berücksichtigung der Emissionen von Kohlendioxid
und unverbranntem Methan. Die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung von
blauem Wasserstoff sind alles andere als kohlenstoffarm, sondern recht hoch,
insbesondere aufgrund der Freisetzung von flüchtigem Methan. Bei unseren
Standardannahmen (3,5 % Methanemissionsrate aus Erdgas und 20-jähriges
Erderwärmungspotenzial) sind die gesamten Kohlendioxidäquivalent-Emissionen für
blauen Wasserstoff nur 9-12 % geringer als für grauen Wasserstoff. Während die
Kohlendioxidemissionen niedriger sind, sind die flüchtigen Methanemissionen bei
blauem Wasserstoff höher als bei grauem Wasserstoff, da mehr Erdgas für die
Kohlenstoffabscheidung verwendet wird. Es mag überraschen, dass der Treibhausgas-Fußabdruck
von blauem Wasserstoff um mehr als 20 % größer ist als bei der Verbrennung von
Erdgas oder Kohle zu Heizzwecken und um etwa 60 % größer als bei der
Verbrennung von Dieselöl zu Heizzwecken, wiederum unter unseren
Standardannahmen. Bei einer Sensitivitätsanalyse, bei der die
Methanemissionsrate von Erdgas auf einen niedrigen Wert von 1,54 % gesenkt
wird, sind die Treibhausgasemissionen von blauem Wasserstoff immer noch größer
als bei der einfachen Verbrennung von Erdgas und nur 18 % bis 25 % geringer als
bei grauem Wasserstoff. Unsere Analyse geht davon aus, dass das abgeschiedene
Kohlendioxid unbegrenzt gespeichert werden kann, eine optimistische und
unbewiesene Annahme. Selbst wenn diese Annahme zuträfe, wäre die Verwendung von
blauem Wasserstoff aus Klimagründen schwer zu rechtfertigen.
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