Klimaschutz durch grünen Wasserstoff?

Aufgrund seiner vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten zieht Wasserstoff derzeit das Interesse von Wirtschaft, Politik und Öffentlichkeit auf sich und wird bereits als "Öl des 21. Jahrhunderts" angepriesen. Für den BUND wirft der derzeitige Hype hingegen viele Fragen auf.

Wasserstoff hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Mit Wasserstoff (H2) kann Energie gespeichert, umgewandelt oder durch Verbrennung zu hohen Temperaturen freigesetzt werden. Es ist ein extrem leichtes Gas, das durch Zugabe von Kohlenstoff auch weiterverarbeitet werden kann, etwa zu Grundstoffen für verschiedene Industrien oder zu synthetischen Kraftstoffen.

Bei diesen Verfahren wird  häufig von sogenannten Power-to-X-Technologien gesprochen, da diese durch Strom (Power) betrieben werden und dessen Energie in zahlreiche flüssige oder feste Endprodukte (dem X) umwandeln. Aufgrund seiner vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten zieht Wasserstoff derzeit das Interesse von Wirtschaft, Politik und Öffentlichkeit auf sich und wird von einigen Akteuren bereits als "Öl des 21. Jahrhunderts" tituliert.

Für den BUND wirft der derzeitige Wasserstoff-Hype viele Fragen auf: Was macht grünen Wasserstoff aus? In welche Mengen ist er nachhaltig produzierbar und welche Mengen sind in den verschiedenen Sektoren wie Verkehr, Wärme, Strom und Industrie notwendig? Mit welchen Alternativen kann der Energiebedarf insgesamt auf ein Minimum reduziert werden?

Das muss die Politik aus BUND-Sicht tun, um grünen Wasserstoff für den Klimaschutz nutzbar zu machen:

  • Der Ausbau erneuerbaren Stroms muss dringend und drastisch beschleunigt werden. Für die Erzeugung grünen Wasserstoffs in Deutschland müssen zusätzliche Windräder und Solaranlagen installiert werden – über den bislang geplanten Ausbau zur Erreichung der Klimaziele hinaus.
  • Ein deutlicher und kontinuierlicher Anstieg der Energieeffizienz muss als Grundvoraussetzung für die Nutzung grünen Wasserstoffs gelten und entsprechend umgesetzt werden. Nur durch effizientes Herstellen, effizientes Verbrauchen sowie suffizientes Leben und Wirtschaften wird der Bedarf an zusätzlichem erneuerbarem Strom nachhaltig und klimafreundlich zu decken sein.
  • Die Anwendungsbereiche für grünen Wasserstoff sollten politisch reguliert und priorisiert werden. Eine eventuelle Förderung muss sich am größtmöglichen Klimaschutzbeitrag und dem nachhaltigen Ressourceneinsatz orientieren.
  • Die lokale Energiewende in Deutschland sowie in und außerhalb Europas muss Vorrang vor dem Export grünen Wasserstoffs haben, da dessen Herstellung und Transport vergleichsweise ineffizient sind. Für Importe müssen strenge Nachhaltigkeitskriterien und verlässliche Herkunftsnachweise gelten.
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Was ist grüner Wasserstoff?

Grüner Wasserstoff (H2) wird durch Elektrolyseverfahren gewonnen, die durch zusätzliche erneuerbare Energien angetrieben werden. In einem Elektrolyseur wird Wasser (H20) in seine Einzelteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der dadurch gewonnene Wasserstoff kann als Energieträger im Stromsystem, für die Wärmeerzeugung oder im Verkehr eingesetzt werden. In der Industrie liefert er zudem molekulare Bausteine, die unter anderem für die Erzeugung chemischer Grundprodukte oder zur Stahlherstellung verwendet werden können.

Was ist grauer Wasserstoff?

Bereits heute kommt Wasserstoff zum Einsatz. In Deutschland werden jährlich etwa 55 Terrawattstunden (TWh) stofflich genutzt. Allerdings wird dieser zumeist auf der Basis von Erdgas hergestellt. Es handelt sich um sogenannten grauen Wasserstoff aus fossilen Quellen, bei dessen Herstellung Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen. Grüner Wasserstoff wird dagegen ohne CO2-Emissionen produziert.

Was ist blauer Wasserstoff?

In der politischen Diskussion ist heute oft von "blauem" Wasserstoff die Rede. Wie bei der grauen Variante wird der Wasserstoff hier aus Erdgas gewonnen (die sogenannte Erdgasreformierung). Allerdings wird dabei versucht, das freiwerdende CO2 aufzufangen und anteilig in der Erde zu speichern. Dieses Verfahren ist als Carbon Capture and Storage (CCS) bekannt und wird heute oft auch als Carbon Capture and Offshore Storage (CCOS) bezeichnet, sofern die Speicherung unter dem Meer erfolgen soll.

Blauer Wasserstoff ist eine fossile und klimaschädliche Energiequelle, weil er aus Erdgas hergestellt wird. Bei Förderung und Transport wird durch Leckagen klimaschädliches Methan freigesetzt. Und auch die Herstellung von blauem Wasserstoff erfolgt nicht völlig emissionsfrei. In der Regel wird nur ein Bruchteil der dabei entstehenden Emissionen abgeschieden und gelagert. Auch durch CCS oder CCOS kann blauer Wasserstoff demnach nicht treibhausgasneutral erzeugt werden. Zudem sind CCS-Technologien teuer, ineffizient und bergen durch ihre geologischen Eingriffe meist wenig erforschte Umweltrisiken.

Anstatt mit blauem Wasserstoff nur eine weitere fossile Übergangstechnologie einzuführen, setzt der BUND auf den unmittelbaren Einstieg in die Nutzung grünen Wasserstoffs.

Kann der Einsatz von Wasserstoff helfen, die Klimaziele zu erreichen?

Ja, für ein vollständig treibhausgasneutrales Energiesystem wird grüner Wasserstoff nötig sein. Um die Klimaziele zu erreichen, muss die Einführung des grünen Wasserstoffs aber so gestaltet werden, dass insbesondere der Kohle- und Atomausstieg in Deutschland und Europa nicht gefährdet wird. Zentrales Kriterium für wirklich grünen Wasserstoff ist deshalb, dass er zusätzlichen erneuerbaren Strom erzeugt. Das bedeutet, neue Anwendungsbereiche für erneuerbare Energien müssen auch durch zusätzliche erneuerbare Erzeugungskapazitäten bedient werden ohne die Energiewende an anderer Stelle zu verlangsamen. Die bisherigen Ausbauziele der Energiewende müssen entsprechend massiv erhöht werden.

Hingegen wäre es sogar klimaschädigend, wenn Wasserstoff und seine Folgeprodukte (wie zum Beispiel synthetische Kraftstoffe) direkt aus dem heutigen Strommix gewonnen würden. Dazu muss man wissen, dass die Herstellung synthetischer Kraftstoffe erst ab einem Anteil von über 80 Prozent erneuerbarer Energien im gesamten Strommix weniger CO2 freisetzt als fossile Energieträger. Die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen durch Kohlestrom ist kein Gewinn für den Klimaschutz.

Eine große Gefahr der ineffizienten und klimaschädlichen Stromnutzung birgt unter anderem eine Quote für synthetische Kraftstoffe im Straßenverkehr. Abnahmequoten für den Pkw-Verkehr drohen, eine große Nachfrage nach Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen hervorzurufen, die nicht nachhaltig und klimafreundlich zu decken ist.

Aus Sicht des BUND gilt die Steigerung der Energieeffizienz als eine der notwendigen Voraussetzungen, um sogenannte Power-to-X-Technologien (z.B. die Umwandlung von Strom zu Gas oder Strom zu Flüssigkeit) klimafreundlich einzusetzen.

In welchen Bereichen sollte Wasserstoff eingesetzt werden?

Grüner Wasserstoff sollte nur dort eingesetzt werden, wo keine anderen günstigeren und effizienteren Klimaschutzmaßnahmen existieren. Im Stromsektor können Wasserstoff oder erneuerbares Methan als Speichermedien genutzt werden, um Zeiten zu überbrücken, in denen aktuell nicht ausreichend Wind weht oder Sonne scheint.

Der Verkehrssektor hat aber in der Elektromobilität mit direkter Stromnutzung eine wesentlich effizientere Alternative zum Verbrennungsmotor. Lediglich der Flugverkehr und die Schifffahrt benötigen auf absehbare Zeit weiterhin flüssige Energieträger, da die direkte Nutzung erneuerbaren Stroms nach heutigem Stand der Technik nicht im großen Maßstab umsetzbar ist.

Auch im Wärmesektor kann es in Einzelfällen, zum Beispiel im Betrieb von Fernwärmenetzen mit Kraft-Wärme-Kopplung, nötig sein, anteilig auf erneuerbares Gas zurückzugreifen.

In der Industrie wird grüner Wasserstoff eine wesentliche Rolle spielen, um beispielsweise chemische Grundstoffe, die bislang durch Erdgas oder Mineralöl erzeugt werden, erneuerbar herzustellen. Aber auch hier gilt es, den Energieeinsatz so gering wie möglich zu halten: durch mehr Energieeffizienz, langlebige und recyclebare Produkte sowie den Einsatz nachwachsender Rohstoffe.

Woher sollte das für Folgeprodukte nötige CO2 stammen?

Wasserstoff selbst hat keine Bestandteile aus Kohlenstoff, kann aber unter Verwendung von CO2 weiterverarbeitet werden – etwa zu Kosmetikprodukten oder synthetischen Kraftstoffen. Hinter dem Kürzel "Power-to-X" verbergen sich deshalb eine Vielzahl von Folgeprodukten auf der Basis von elektrischer Energie und Kohlenwasserstoffen. Neben der Herkunft des erneuerbaren Stroms stellt sich deshalb die Frage nach den Quellen für das benötigte CO2.

Aus Sicht des BUND muss unbedingt vermieden werden, dass Power-to-X-Anwendungen dazu führen, den CO2-Ausstoß, zum Beispiel aus veralteten Industrieanlagen oder Kohlekraftwerken, zu verlängern. Deren CO2-Emissionen würden zwar abgeschieden und einmalig weiterverwendet, aber sie würden letztlich emittiert werden, nur nicht am Industrieschornstein, sondern am Autoauspuff oder bei der Plastikherstellung und -verwitterung.

Als klimaneutrale CO2-Quellen kommen nur Biomasse und das sogenannte Direct-Air-Capture (DAC) infrage, bei dem CO2 direkt aus der Luft gefiltert werden. Dabei ist aber zu bedenken, dass die Mengenpotenziale nachhaltiger Biomasse stark beschränkt sind und für den Betrieb von DAC-Anlagen zusätzlicher Platz genutzt und weitere Energie verbraucht wird. Wenn Power-to-X eine Zukunftstechnologie sein soll, dann muss sie auch aus zukunftweisenden Kohlenstoffquellen gespeist werden.

Wann wird grüner Wasserstoff verfügbar sein?

Grünen Wasserstoff gibt es schon heute – allerdings wird er nur in wenigen und kleinen Pilotprojekten erzeugt. Diese Menge reicht bei weitem nicht aus, um auch nur den derzeitigen Einsatz von fossilem Wasserstoff in der Industrie auf erneuerbare Energien umzustellen. Die Herstellungskosten sind zudem sehr hoch.

Viele wissenschaftliche Szenarien gehen davon aus, dass grüner Wasserstoff und seine Folgeprodukte noch bis in die 2030er Jahre Nischenanwendungen bleiben werden, weil sie zu teuer sind oder es an ausreichend erneuerbarem Strom fehlt.

Genau betrachtet handelt es sich also um ein seltenes und kostbares Gut und eine Klimaschutzoption, die erst perspektivisch größere Bedeutung bekommen wird. Es müssen aber für den langfristigen Aufbau von grünen Wasserstoffkapazitäten schon heute politische und ökonomische Rahmenbedingungen geschaffen werden, die zur Erreichung der Pariser Klimaziele notwendig sind.

Sollten wir grünen Wasserstoff auch importieren?

Die Potenziale für erneuerbare Energien sind in Deutschland noch lange nicht ausgeschöpft. Diese müssen stärker als bisher genutzt werden und die Akzeptanz für die dezentrale Energiewende erhalten bleiben. Von dieser Herausforderung darf nicht durch den Verweis auf zukünftige internationale Energieimporte abgelenkt werden.

Grundsätzlich ist der Import von grünem Wasserstoff aus BUND-Sicht nur dann legitim, wenn dabei strenge Nachhaltigkeitskriterien eingehalten werden und dies durch Herkunftsnachweise belegt wird. Dazu gehört insbesondere, dass vor Ort keine Nutzungskonflikte um den Wasser- und Flächenverbrauch entstehen: Zum Beispiel sollte ein lokaler Bedarf nach solaren Entsalzungsanlagen nicht mit einer ebenfalls solaren Wasserstoffproduktion konkurrieren müssen. Außerdem müssen erneuerbare Energien zuerst zur Verdrängung von Kohle, Gas und Öl im Erzeugerland dienen, weil das für den Klimaschutz zweifelsfrei vorteilhafter ist.

Auch international gilt, dass nur zusätzlicher erneuerbarer Strom für Power-to-X-Anwendungen genutzt werden darf. Außerdem muss sichergestellt werden, dass der Export von Power-to-X-Produkten dem sozialen Wohlstand im Erzeugerland dient und keine autoritären Regime unterstützt. Unter diesen Bedingungen wird es noch Jahrzehnte dauern, bis überhaupt große Mengen grünen Wasserstoffs nach Deutschland importiert werden. Der Fokus muss dabei auf der weiteren Integration der europäischen Energiemärkte liegen: der Handel mit grünem Wasserstoff sollte vorrangig in Europa etabliert und dort mit verbindlichen Nachhaltigkeitsstandards aufgebaut werden.

Angesichts dieser hohen Anforderungen wird es umso wichtiger sein, den deutschen Energieverbrauch so effizient und gering wie möglich zu halten. Gleichzeitig steigt die Bedeutung einer dezentralen Erzeugung grünen Wasserstoffs – im Landkreis oder sogar im eigenen Haus. Anstatt vage Hoffnungen auf Wasserstoffimporte zu schüren, sollte politisch daran gearbeitet werden, mehr solcher Vorbilder zu ermöglichen und in der Öffentlichkeit bekanntzumachen.

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Oliver Powalla

BUND-Energieteam
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