Projekt Beschreibung

Wasserstoff als Schlüsseltechnologie im Klimaschutz

Um die Klimaneutralität in Europa bis 2050 erreichen zu können, braucht es Emissionsreduktionen in allen Sektoren. Die Nutzung von Wasserstoff kann hierbei einen wesentlichen Beitrag leisten. Da man mit Wasserstoff Energie speichern und transportieren kann, kommt ihm aufgrund der steigenden volatilen erneuerbaren Stromproduktion eine bedeutende Rolle bei der Energiespeicherung zu. In Österreich zum Beispiel hat das Gasnetz samt Speicher ein Speichervermögen von über 93 TWh, während Pumpspeicher auf nur drei TWh kommen. Wasserstoff kann aber auch als Treibstoff im Verkehr oder in industriellen Verfahren eingesetzt werden.

100 % CO2
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0 TWh

Einfach erklärt

Wasserstoff kann in verschiedenen Prozessen aus fossilen oder erneuerbaren Quellen gewonnen werden. Kurzfristig wird Wasserstoff wohl in erster Linie im Mobilitäts- und Industriebereich zum Einsatz kommen. Langfristig kann Wasserstoff über Power-to-Gas und das Gasnetz als ausreichend verfügbarer Langzeit-Speicher für erneuerbare Stromüberschüsse eine wichtige Rolle spielen.

  • Grüner Wasserstoff ist Wasserstoff auf Basis erneuerbarer Energie und wird mittels Elektrolyse aus Ökostrom erzeugt.
  • Grauer Wasserstoff entstammt fossilen Quellen und entsteht hauptsächlich durch die Dampfreformation von Erdgas oder durch Kohlevergasung.
  • Blauer Wasserstoff wird aus fossilen Quellen (Dampfreformation) gewonnen und das dabei entstehende CO2 über Carbon Capture and Storage (CCS) abgetrennt und in aufgelassenen Bergwerken oder Erdgaslagerstätten gespeichert.
  • Pinker Wasserstoff wird mittels Elektrolyse aus Atomstrom hergestellt.
  • Türkiser Wasserstoff entsteht bei der Methanpyrolyse, bei der anstelle von CO2 ein fester Rohstoff erzeugt wird, der in der Industrie verwendet werden kann.
  • Die Elektrolyse ist ein Verfahren, bei dem Wasserstoffmoleküle mit Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden. Ökologisch gesehen macht die Elektrolyse nur dann Sinn, wenn sie mit erneuerbaren Strom durchgeführt wird. Idealerweise erfolgt die Elektrolyse mit überschüssigem Ökostrom.
  • Das derzeit am häufigsten eingesetzte Verfahren ist die Dampfreformierung, bei der Wasserstoff aus Erdgas unter Zufuhr von Dampf gewonnen wird. Dieser Prozess ist deutlich billiger als die Elektrolyse, aber es fallen dabei etwa 13 Tonnen CO2 pro Tonne Wasserstoff an.
  • Ein weiteres Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die Vergasung von festen Brennstoffen wie z.B. Kohle oder Brennholz. Hier werden die Wasserstoffmoleküle thermisch aus den Brennstoffmolekülen gelöst.
  • Weitere Herstellungsverfahren werden zurzeit erforscht und entwickelt.

Die weltweite Produktion von Wasserstoff liegt bei etwa 50 Mio. Tonnen pro Jahr. Das entspricht 1.700 TWh oder dem 25-Fachen des österreichischen Stromverbrauchs bzw. über 1% des globalen Gesamtenergieverbrauchs.

Der derzeitig produzierte Wasserstoff wird fast ausschließlich aus fossilen Quellen (z.B. mittels Dampfreformierung, Rohöl-Cracking, Kohlevergasung) und nur zu etwa 1% mit Elektrolyse gewonnen.

Der aktuell zur Verfügung stehende Wasserstoff wird zu 90% in der Chemieindustrie und in Raffinerien eingesetzt. Ein bei weitem kleineres Einsatzgebiet stellt die Glasproduktion und Metallurgie dar. Ein verschwindend geringer Teil kommt aktuell in Kraftwerken, Brennstoffzellen-Fahrzeugen sowie in der Lebensmittelproduktion zum Einsatz.

Der Schwer- und Busverkehr lässt sich mit erneuerbarem Wasserstoff dekarbonisieren und emissionsfrei machen. Es laufen auch Versuche, Flugzeuge, Schiffe und sogar Züge auf Brennstoffzellenantrieb umzustellen.

Der Einsatz von Wasserstoff für Brennstoffzellen-Busse sowie -LKWs weist den Vorteil auf, dass die Flotte an einer zentralen Tankstelle getankt werden kann. Die Fahrzeuge profitieren hier (im Vergleich zum Einsatz von Batterien) von einer kurzen Betankungszeit, größeren Reichweiten sowie einem Gewichtsvorteil.

Anders ist die Lage jedoch beim Personenverkehr. Brennstoffzellen-PKWs sind im Vergleich zu elektrisch betriebenen PKWs weniger effizient, wesentlich teurer und ihr Reichweitenvorteil sinkt. Außerdem besteht im Vergleich zum flächendeckenden E-Ladestellenausbau ein schlechtes Ladenetz für Brennstoffzellen-PKWs.

Die Anwendungsfälle von Wasserstoff in der Industrie sind vielfältig. Er kann in der Stahl- und Metallverarbeitung, Chemieproduktion, Flachglasherstellung, Siliziumproduktion, zur Kühlung von Generatoren in Kraftwerken und zur Hydrierung von Speiseölen in der Nahrungsmittelproduktion eingesetzt werden.

Durch den immer weiteren Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten werden Stromüberschüsse produziert, wodurch der Bedarf an Langzeitspeichern für Strom steigt. Batterien- und Pumpspeicher sind Kurzzeitspeicher und haben zu wenig Kapazität, wohingegen das Gasnetz und Gasspeicher zurzeit die einzige Option mit ausreichender Kapazität aufweisen. Wasserstoff bietet die Möglichkeit, den Überschussstrom aus dem Sommer zu speichern und auf diese Weise die Versorgungslücken im Winter zu schließen.

Die Direkteinspeisung von Wasserstoff ins Erdgasnetz ist derzeit auf max.  4 Volumen-Prozent reglementiert – eine Erhöhung des erlaubten Anteils ist aber in absehbarer Zeit wahrscheinlich. Zurzeit wird aber noch fast nichts eingespeist, da reiner Wasserstoff ökonomisch viel wertvoller ist als ein Gasgemisch. Größere Mengen Wasserstoff im Gasnetz sind erst zu erwarten, wenn es zu echten erneuerbaren Stromüberschüssen kommt.

Aktuell fehlt es weitreichend an rechtlichen Rahmenbedingungen – angefangen von fehlenden Begriffsbestimmungen, über nicht vorhandene Regelungen zur Einspeisung ins Gasnetz bis hin zu mangelnden Anreizen zur Forschung oder Investitionsförderungen. Im Sommer 2019 startete Österreich daher mit der Ausarbeitung einer Wasserstoffstrategie, die eigentlich im Herbst 2019 vorgelegt werden sollte, nun aber voraussichtlich mit Mitte 2020 geliefert wird.

Nachstehende Grafik visualisiert die Einsatzbereiche von Wasserstoff für die Energiewende.

Einsatzgebiete von Wasserstoff als Speichermedium und Energieträger in Verkehr und Industrie

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