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.

Ist Wasserstoff die Kohle der Zukunft?

Wasserstoff - 14x leichter als Luft, unsichtbar und geruchlos. Was kann Wasserstoff wirklich leisten und was nicht? Im Bereich Mobilität tritt Wasserstoff häufig als Konkurrent der Batterie in Erscheinung. Welches sind die tatsächlichen Unterschiede zwischen Speicherungs- und Komprimierungsverfahren. Im Bereich Strom und Wärme führt Wasserstoff aktuell noch ein Nischendasein. Für die Großindustrie gilt Wasserstoff schon jetzt als wichtiger Energieträger der Zukunft. 

Wasserstoffwirtschaft: Energiewende mit grünem Wasserstoff?

Energiewende mit grünem Wasserstoff: Wasserstoff als Alternative zu fossilen Energieträgern? Kein Land weltweit betreibt bisher eine Wasserstoffwirtschaft. Sie scheint zu teuer, zu aufwändig und zu gefährlich.

Ist Wasserstoff die Zukunft? Energiewende zwischen Wunsch und Wirklichkeit.

Energiewende - Wunsch und Wirklichkeit: Die Wasserstoff-Revolution ist bisher ausgefallen. Doch nun werden Millionen an Fördergeldern investiert. Große Hoffnungen für eine künftige Wasserstoff-Wirtschaft? Kann die Produktion mit Wasserstoff klimaneutral werden?