Serie „Wasserstoff & Energiewende“:
Wasserstoff, wertvolle Chance fürs Klima – wo genau sind dann Schattenseiten?

Wasserstoff kommt in der Natur nur in gebundener Form vor, beispielsweise als Bestandteil von Wasser. Er ist insofern kein natürlich für sich vorkommender Rohstoff, sondern muss erst energieaufwändig hergestellt bzw. aus einem wasserstoffreichen Ausgangsstoff abgespalten werden. Und genau hier liegt bislang noch die Krux! Insgesamt ist es – beispielsweise zur Nutzung als alternativer Kraftstoff im Automobilbereich – zu kurz gegriffen, wenn bei der Beurteilung von Klima- und Umweltfreundlichkeit allein auf den Emissionsausstoß geschaut wird. Fürs aussagekräftige Bild ist auch der Energie- und Rohstoffeinsatz im gesamten Lebenszyklus relevant. Während beim Elektroauto oft die hohe Umweltbelastung für die Produktion von dessen (gegenüber dem Wasserstoffauto) deutlich größerer Batterie¹ mit einhergehendem Rohstoffbedarf, Recyclings- und Entsorgungsproblematik nebst Existenz von Kinder- und Zwangsarbeit in den Rohstoff-Beschaffungsländern kritisiert werden, ist die Achillesferse des Wasserstoffs hauptsächlich der enorme Energiebedarf für dessen Erzeugung.

WIRKUNGsgRad

Oft wird in diesem Zusammenhang auch der Wirkungsgrad bemängelt. Vereinfacht ausgedrückt, bezeichnet dieser beim Auto beispielsweise das Verhältnis von insgesamt investierter Energie (Strom) zu dem, was letzten Endes an Antriebsenergie auf der Straße ankommt – er beziffert also die Wirkung direkt am Rad. Fürs Elektroauto, bei dem die Energie von der Stromerzeugung über die E-Ladesstation direkt in die Antriebs-Batterie geht, wird der Wirkungsgrad mit etwa 70 bis 80 Prozent angegeben. Beim Wasserstoff-Fahrzeug unterscheiden sich die Angaben. In der Gesamtbetrachtung geht viel Energie in die vorgeschaltete Herstellung des Wasserstoffs, also nicht unmittelbar in den Antrieb – was die Effizienz beeinträchtigt: Insgesamt kann das in der Fahrleistung auf einen Kilometer gerechnet den etwa zwei- bis dreifachen Stromverbrauch eines Elektroautos bedeuten.² Neben dieser quantitativen Betrachtung ist für die Evaluierung beider Antriebstechnologien immer maßgebend, aus welchen Quellen der gesamte Energieeinsatz jeweils gedeckt wird. Dazu etwas Wasserstoff-Farbenlehre:

Wasserstoff ist nur „grün“, wenn er auch „grün“ erzeugt wird!

Wasserstoff kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Elektrolyse ist – wie beispielsweise auch Dampfreformierung, Pyrolyse oder andere Verfahren * – nur eine Methode unter mehreren. Je nach Gewinnungsmethode und Ausgangsstoff unterscheiden sich die Auswirkungen auf Umwelt und Klima, wie auch einhergehende Risiken. Insofern lässt sich Wasserstoff nicht einheitlich pauschal beurteilen. Farb-Nomenklaturen vor dem Wasserstoffbegriff geben Aufschluss. Tatsächlich wird Wasserstoff größtenteils noch immer mittels Dampfreformierung aus dem fossilen Energieträger Erdgas gewonnen und dann als grauer Wasserstoff bezeichnet. Klimaneutral funktioniert das allerdings nur, wenn dabei entstehendes CO₂ (Kohlendioxid) eingelagert wird – dann spricht man von blauem Wasserstoff (dekarbonisiertem Wasserstoff) – andernfalls wird der Treibhauseffekt nur verstärkt. Ist von schwarzem oder braunem Wasserstoff die Rede, wurde der Wasserstoff aus Stein- bzw. Braunkohle erzeugt.

Wirklich nachhaltig ist nur grüner Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energien wie zum Beispiel Wind, Wasser oder Sonne erzeugt wird!

Ein Nischenprodukt ist türkiser Wasserstoff, der durch Methanpyrolyse – die Aufspaltung von Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff (anstelle von gasförmigem CO₂) – entsteht. Ohne dass CO₂ in die Atmosphäre gelangt, wird der Kohlenstoff zur Wiederverwendung eingelagert. Sofern dieser Prozess aus erneuerbaren Energien betrieben wird, ist er ebenfalls klimaneutral.

Weitere Variationen, die das Bundesumweltamt * auf seiner Website beschreibt, sind der weiße Wasserstoff als Neben- bzw. Abfallprodukt anderer chemischer Prozesse wie beispielsweise der Chloralkali-Elektrolyse – sowie der pinke Wasserstoff (mitunter bezeichnet man diesen auch als rot, rosa oder violett), der wie grüner Wasserstoff elektrolytisch erzeugt wird. Allerdings stammt der hierzu benötigte Strom aus Kernenergie. Im Hinblick auf unwägbare Risiken und unausgegorene Lösungen für die Endlagerung des atomaren Restmülls wird so erzeugter Wasserstoff vom Bundesumweltamt nach jetzigem Stand als „kein Bestandteil einer nachhaltigen Entwicklung“ angesehen.³

Wird zur Herstellung mittels Elektrolyse auf einen Mix unterschiedlicher Energieträger aus dem Stromnetz zurückgegriffen, handelt es sich um gelben Wasserstoff. Der Vollständigkeit halber sei auch noch orangefarbener Wasserstoff erwähnt, dessen Herstellung aus organischer Bio-Energie erfolgt.

Fazit und Ausblick

Die Farbpalette zeigt, dass Wasserstoff nicht gleich Wasserstoff ist. Darüber hinaus wird auch deutlich, dass es im direkten Vergleich unterschiedlicher Technologien für die Energiewende wichtig ist, ganzheitlich hinzuschauen. Sicherlich geht die Entwicklung immer weiter und Methoden werden bedarfsgerecht verbessert. Ein vielversprechender Hoffnungsträger auf dem Weg in eine umwelt- und klimafreundlichere Zukunft ist Wasserstoff auf jeden Fall – für den Automobilsektor ebenso wie in anderen Mobilitätsbereichen und Industrien!

¹_{„Hier zeigt sich, dass das Elektroauto einen CO₂-Rucksack mit ins Leben schleppt, der deutlich größer ist als der von Autos mit einem Verbrennungsmotor. Schuld daran hat die energieaufwendige Produktion der Batteriezellen … Im Fahrbetrieb baut das Elektroauto den Rucksack ab – je sauberer der Betriebsstrom hergestellt wird, umso schneller. ...“
(Quelle: www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/info/elektroauto-pro-und-contra/ )} *
² _{www.sueddeutsche.de/auto/wasserstoff-brennstoffzelle-1.5445458 (Artikel Stand 03.11.2021)} *
³ _{www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/wasserstoff-schluessel-im-kuenftigen-energiesystem#undefined} *

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Lesen Sie hierzu aus unserer Artikel-Serie „Wasserstoff & Energiewende“ auch:

Teil 1: „ H2 ist dabei – doch was hat es mit dem Wasserstoff eigentlich so auf sich? “

Teil 2: „ Knackpunkte bei der Entscheidung für oder gegen ein Wasserstoffauto “

Teil 4: " Richtig einheizen – auch Privathaushalte bereiten (mit) Wasserstoff einen warmen Empfang "

Teil 5: " H2 = Klima-Chance in allen Bereichen von der Heizung über den gesamten Verkehr bis zur Industrie "