Wasserstoff

Nicht zuletzt im Zuge der Energiewende ist das Thema Wasserstoff sehr präsent. Doch was genau steckt hinter dem Element? Wie kann man es erzeugen? Welche Rolle spielt Wasserstoff beim Auto? Und warum gibt es eigentlich Wasserstoff-Aktien?

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff ist das häufigste Element unseres Universums. Chemiker kürzen ihn mit dem Symbol H ab. Das H steht für lateinisch Hydrogenium oder Hydrogen = Wassererzeuger. Hydrogen wird in diesem Artikel als Synonym für Wasserstoffgenutzt. Das Element findet sich in fast allen organischen Verbindungen. Es besitzt unter allen Elementen die geringste Atommasse – vierzehnmal leichter als Luft. Hydrogen hinterlässt keine Abgase: Es verbrennt rückstandsfrei in einer farblosen Flamme. Es ist weder ätzend noch giftig, setzt keine Radioaktivität frei und entzündet sich nicht von selbst.

Wasserstoff speichert und transportiert Energie. Damit ist er ein Energieträger – eine Sekundärenergie, deren Herstellung Primärenergie benötigt. Ein Kilogramm dieses Elementes trägt soviel Energie wie 2,8 Kilogramm Benzin. Die aufgezählten Eigenschaften des Wasserstoffes – seine nahezu unbegrenzte Verfügbarkeit, seine rückstandsfreie Verbrennung – machen ihn zum Hoffnungsträger im Kampf um die Energiewende. Allerdings entscheidet der Herstellungsprozess, ob Wasserstoffautos und andere Nutzungen wirklich sauber und klimaneutral sind.

Wie wird Wasserstoff hergestellt?

Hydrogen existiert nicht für sich allein. Es ist immer Teil von wasserstoffreichen Verbindungen – vor allem Erdgas, anderen Kohlenwasserstoffen, Biomasse und Wasser. Es braucht Energie, um den Wasserstoff aus diesen Verbindungen herauszulösen: elektrische, chemische, thermische oder solare. Je nach Energieeinsatz und Verfahren entsteht dadurch grauer, blauer, türkisfarbener oder grüner Wasserstoff. Diese Farben sind keine Eigenschaftsbeschreibungen (Wasserstoff ist farblos). Sie dienen zur Kategorisierung seiner Klimaverträglichkeit.

Die Herstellung des grauen Wasserstoffs

Die Industrie nutzt bereits Wasserstoffenergie. Sie löst das Element zumeist mit Hilfe von Dampf aus Erdgas. Unter hohen Temperaturen teilt sich das Erdgas in Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff. Dabei entweicht das CO2 in die Atmosphäre. Pro Tonne Hydrogen entstehen bei diesem Herstellungsprozess zehn Tonnen C02. Das heizt den Treibhauseffekt an.

Die Herstellung des blauen Wasserstoffs

Die Produktion des grauen und blauen Hydrogens läuft gleich ab. Mit einem Unterschied: der Speicherung oder Wiederverwendung des CO2. Die Speichermethode in geologischen Lagerstätten kürzt sich CCS ab (Carbon Capture and Storage). Die Wiederverwendungsmethode heißt CCU (Carbon Capture and Utilization). Blauer Wasserstoff ist klimaneutral. Allerdings bestehen Zweifel an der Umweltverträglichkeit seiner Speicher- oder Weiterverwendungsmethoden.

Die Herstellung des türkisfarbenen Wasserstoffs

Das Element in seiner türkisfarbenen Variante stellt einen weiteren Schritt Richtung Klimaneutralität dar. Im Verfahren der Methanpyrolyse spaltet sich Erdgas in Hydrogen und festen Kohlenstoff auf. Dafür braucht es einen Hochtemperaturreaktor. Dieser Reaktor speist sich aus erneuerbaren Energien. Außerdem bindet das Verfahren den Kohlenstoff langfristig und führt ihn der industriellen Weiterverwendung zu.

Die Herstellung des grünen Wasserstoffs

Grüner Wasserstoff liegt im Fokus der deutschland– und EU-weiten Förderung – der Hoffnungsträger für die Klimawende in der Industrie und für Wasserstoff Autos. Seine Herstellung geschieht im Elektrolyseverfahren oder durch die Vergärung/Reformierung von Biomasse/Biogas.

Im Elektrolyseverfahren stellt Wasser das Ausgangsprodukt dar – also keine fossile Energie. Aber Elektrolyse braucht Strom. Denn der Strom zerlegt das Wasser in seine Bestandteile: Wasser- und Sauerstoff. Dabei wandert das Hydrogen zum negativ geladenen Pol. Und am positiv geladenen Pol sammelt sich der Sauerstoff. Voraussetzung für die Klimaneutralität des grünen Hydrogens  ist die Herkunft des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen. Derzeit befindet sich die grüne Variante des Hydrogens in der Test- und Erforschungsphase. Seine Rentabilität setzt einen deutlichen Ausbau regenerativer Stromquellen voraus.

Wie kann grüner Wasserstoff zukünftig genutzt werden?

Das Wasserstoffauto zählt zu den am häufigsten diskutierten Anwendungen des Hydrogens. Dieser Artikel widmet dem Thema Brennstoffzellentechnik, grüne Mobilität und Wasserstoff Autos einen eigenen Abschnitt. Es folgt eine Aufzählung der zahlreichen anderen Nutzungsanwendungen des Wasserstoffs:

• Chemieindustrie: Zum Ersatz von Erdgas bei der Ammoniak- und Methanolherstellung
• Halbleiterproduktion: Als Prozessgas bei der Reinigung von Lichtleitern
• Metallbearbeitung: Als Schutzgas im Rahmen der Wärmebehandlung oder bei Schweißanwendunge
• Stahl- und Glasproduktion: Zum Ersatz der Einblaskohle im Hochofenprozess
• Industrieanlagen und Kraftwerke: Als Kühlmittel

Grüner Wasserstoff und die Brennstoffzelle

Die Brennstoffzellentechnik stammt aus dem 19. Jahrhundert. Der Science-Fiction-Autor Jules Verne prophezeite ihr 1875 eine große Zukunft. Heute, im 21. Jahrhundert, sind die technischen Weichen für ihre Realisierung gestellt. Neben Autos speist die Brennzellentechnik zukünftig viele andere mobile und stationäre Anwendungen:

• elektronische Kleinverbraucher wie Smartphones und Laptops
• Flugzeuge
• Schienenfahrzeuge
• Schiffe
• Heizung und Strom (Energieversorgung einzelner Häuser oder ganzer Wohnviertel)

Wasserstoff uns das Auto

Hydrogen und Sauerstoff gehen in der Brennstoffzelle eine Verbindung ein. Dadurch entstehen Wärme und elektrische Energie. Letztere nutzt der Elektromotor des Wasserstoffautos für den Antrieb. Ungenutzter Strom gelangt zur Zwischenspeicherung in eine kleine Batterie.

Wasserstoffautos und Elektroautos haben eine Gemeinsamkeit: Sie fahren emissionsfrei, sofern sie durch regenerative Energien gespeist sind – also mit Solarstrom oder grünem Wasserstoff. Die Reaktion des Wasser- und Sauerstoffs in der Brennstoffzelle bringt als Abfallprodukt Wasser hervor, sonst nicht.

Darüber hinaus bieten Wasserstoffautos im Vergleich mit den Elektroautos weitere zukunftsentscheidende Vorteile. Sie beinhalten keine kostspielige, ressourcenverbrauchende Akku-Technik. Sie lassen sich viel schneller betanken. Sie besitzen eine größere Reichweite. Grüner Wasserstoff in Verbindung mit Wasserstoffautos eröffnet eine realistische Perspektive für die Einhaltung der globalen Klimaziele.

Welche mobilitätsunterstützenden Nutzungsformen gibt es noch?

Mit Wasserstoff lassen sich E-Fuels – synthetische Kraftstoffe – herstellen. Das Hydrogen bildet sich in einer Synthese mit Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid zu Kohlenwasserstoffen um. Diese werden anschließend zu Brenn- und Kraftstoffen raffiniert.

Wie wird grüner Wasserstoff gefördert?

Wasserstoffautos und wasserstoffbasierte Industrie sind keine Option. Sie sind eine Notwendigkeit. Diesen Schluss legt der nationale Klimaschutzplan nahe. Die deutsche und europäische Politik hat sich hohe Ziele gesetzt: Treibhausgase sollen bis 2030 gegenüber dem Vergleichsjahr 1990 um 55 Prozent gesenkt werden; und bis 2050 soll die gesamte EU klimaneutralexistieren.

Grüner Wasserstoff und Wasserstoff Autos schaffen die technischen Grundlagen, um diese großen Ziele wirklich zu erreichen. Darum stecken Deutschland und die EU viel Fördergeld in die Entwicklung des grünen Wasserstoffs und der Wasserstoff Autos. Um diese Förderung zu vereinheitlichen, ist die Nationale Wasserstoffstrategie gegründet worden.

Für Forschungen und Entwicklungen im Bereich Elektrolyse, Methanpyrolyse, Brennstoffzellentechnik und künstliche Photosynthese stehen bis 2021 180 Millionen Euro zur Verfügung. Für die Entwicklung klimafreundlicherWasserstofftechnologien verfügt das Bundesforschungsministerium noch einmal über mehr als 300 Millionen Euro aus dem Klimafonds. Damit weht in den nächsten Jahren ein freundlicher Rückenwind für Wasserstoff Autos und die Bereitstellung des grünes Wasserstoffs.

Wie sind Wasserstoffaktien zu beurteilen?

Die gute Stimmung rund um die Wasserstofftechnik und Wasserstoff Autos bildet sich im Aktienmarkt ab. Der Verbrennungsmotor gehört in absehbarer Zukunft der Vergangenheit an. Bereits 17 Länder haben den Ausstieg aus dieser Nutzung fossiler Energie in den nächsten zehn Jahren beschlossen. Dementsprechend wächst die Nachfrage des grünen Energieträgers für Wasserstoff Autos, aber auch für industrielle und haustechnische Anwendungen. Dementsprechend ist Wasserstoff an der Börse ein echter Trendsetter. Firmen wie Plug Power, die Brennstoffzellen für Wasserstoff Autos herstellen, verzeichneten 2020 Gewinnzuwächse von 800 Prozent. Auch Anlagenbauer für die Wasserstoffproduktion versechsfachtenihren Börsenkurs.

Im Jahr 2021 hat sich diese Entwicklung modifiziert. Dennoch sehen Analysten der Investition in den grünen Energieträger und in Wasserstoff Autos weiterhin mit Optimismus entgegen. Denn die politischen Weichen sind auf Förderung gestellt. Und auch die globalen Industrieriesen USA und China haben die Notwendigkeit einer Energiewende realisiert. Experten sagen dem Wasserstoff insbesondere im Zusammenhang mit der Entwicklung von Wasserstoff Autos eine große Zukunft voraus.