Perspektiven der Wasserstoffenergie im Kontext einer nachhaltigen Entwicklung Automatische übersetzen

Wasserstoffenergie ist die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff für verschiedene Anwendungen wie Stromerzeugung, Transport und industrielle Prozesse. Wasserstoff ist attraktiv, weil er sauber ist, da bei seiner Verbrennung nur Wasser entsteht und er somit ein emissionsfreier Brennstoff ist. Die Art und Weise der Wasserstoffproduktion bestimmt jedoch seinen ökologischen Fußabdruck. Ab 2025 wird der Großteil des Wasserstoffs aus fossilen Brennstoffen hergestellt, was zu erheblichen CO2-Emissionen führt. Für eine nachhaltige Entwicklung ist es wichtig, sich auf grünen Wasserstoff zu konzentrieren, der durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung erneuerbarer Energien wie Sonne oder Wind erzeugt wird.

Arten von Wasserstoff

Es gibt verschiedene Arten von Wasserstoff mit jeweils unterschiedlicher Umweltverträglichkeit:

• Grauer Wasserstoff: Wird aus Erdgas durch Dampfreformierung hergestellt, mit hohem CO2-Ausstoß von weltweit rund 830 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr.
• Blauer Wasserstoff: Wird aus Erdgas durch Abscheidung und Speicherung von CO2 hergestellt, wodurch die Emissionen reduziert werden, aber weiterhin auf fossile Brennstoffe angewiesen ist.
• Grüner Wasserstoff: Wird durch Elektrolyse von Wasser mithilfe erneuerbarer Energie mit minimalen oder keinen CO2-Emissionen hergestellt.
• Rosa Wasserstoff: Wird mithilfe von Kernenergie hergestellt, die zwar kohlenstoffarm sein kann, aber hinsichtlich Sicherheit und Abfall umstritten ist.
• Brauner Wasserstoff: Wird aus Kohle hergestellt, hat einen hohen CO2-Ausstoß und gilt als am wenigsten nachhaltig.

Grüner Wasserstoff gilt als die vielversprechendste Option für eine nachhaltige Entwicklung, doch seine Kosten sind derzeit höher als die von grauem oder blauem Wasserstoff. Sie liegen bei etwa 3 bis 8 Euro pro Kilogramm, während grauer Wasserstoff 1 bis 2 Euro pro Kilogramm kostet.

Aktuelle Anwendungen

Ab 2025 wird Wasserstoff vor allem in der chemischen Industrie zur Herstellung von Ammoniak und in der Ölraffination zur Entfernung von Schwefel aus Kraftstoffen verwendet. Die weltweite Produktion beträgt etwa 75 Millionen Tonnen pro Jahr, davon sind 95 % grauer Wasserstoff. Wasserstoff wird auch in Nischenanwendungen wie Brennstoffzellen für Autos (z. B. in Japan und Südkorea) und in Raumfahrtprogrammen verwendet, wo er als Treibstoff für Raketen verwendet wird.

Rolle in der nachhaltigen Entwicklung

Untersuchungen belegen, dass Wasserstoff beim Erreichen nachhaltiger Entwicklungsziele eine wichtige Rolle spielen kann, insbesondere bei der Reduzierung der Treibhausgasemissionen und dem Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft.

• Dekarbonisierung des Transports: Wasserstoffbrennstoffzellen eignen sich für schwere Lastwagen, Busse und Langstrecken, auf denen eine Elektrifizierung schwierig ist. Beispielsweise bieten Brennstoffzellen im Vergleich zu Batterien eine größere Reichweite und schnelleres Auftanken, was sie für Logistik und Seeverkehr geeignet macht.
• Industrielle Prozesse: Wasserstoff kann Kohle bei der Stahlproduktion ersetzen und so die Emissionen in schwer dekarbonisierbaren Sektoren wie der Stahlherstellung reduzieren. Er wird auch bei der Herstellung von Methanol und anderen Chemikalien verwendet.
• Energiespeicherung: Wasserstoff kann überschüssige erneuerbare Energie speichern und so zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen und variablere Quellen wie Wind und Sonne integrieren. Dies ist besonders wichtig, um das Netz in Zeiten geringer Produktion auszugleichen.
• Stromerzeugung: Wasserstoff wird in Gasturbinen oder Brennstoffzellen verwendet, um Strom mit geringen oder keinen Emissionen zu erzeugen und so UN-Ziele wie bezahlbare und saubere Energie und Maßnahmen zum Klimaschutz zu unterstützen.

Aktueller Stand und Tendenzen

Die weltweite Wasserstoffproduktion wird bis 2025 auf rund 75 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt, davon 95 % grauer Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen, der jährlich rund 830 Millionen Tonnen CO2 ausstößt. Grüner Wasserstoff befindet sich noch in der Anfangsphase, es gibt jedoch einige kommerzielle Projekte wie Elektrolyseanlagen in Europa und den USA.

Viele Länder haben sich ehrgeizige Ziele gesetzt:

• Die Europäische Union plant im Rahmen ihrer Wasserstoffstrategie, bis 2030 zehn Millionen Tonnen erneuerbaren Wasserstoff zu produzieren und weitere zehn Millionen Tonnen zu importieren.
• Japan hat sich mit seiner Hydrogen Society Roadmap zum Ziel gesetzt, bis 2030 drei Millionen Tonnen Wasserstoff bereitzustellen, wobei der Schwerpunkt auf Brennstoffzellen für Transport und Energie liegt.
• Die USA investieren über das Energieministerium 7 Milliarden Dollar in Forschung und Entwicklung in Projekte für regionale Wasserstoff-Zentren.

Erfolgreiche Projekte

Beispiele für erfolgreiche Projekte sind:

• Australian Renewable Energy Hub: Geplant ist, eines der größten Kraftwerke für erneuerbare Energien in Westaustralien zu werden und grünen Wasserstoff für den heimischen Markt und den Export zu produzieren.
• Hydrogen City-Projekt: Ein Zentrum für die Produktion und Nutzung von Wasserstoff mit Schwerpunkt auf der Integration in bestehende Hafeninfrastrukturen.
• Western Green Energy Hub: Ein weiteres Großprojekt in Westaustralien zielt auf die Erzeugung von grünem Wasserstoff mithilfe von Wind- und Solarenergie ab.
• US-Wasserstoffprogramm: Unterstützt vielfältige Forschungsarbeiten, darunter Prototypen wie den H2Rescue-Truck, der mit einer einzigen Tankfüllung einen Reichweitenrekord von 1.806 Meilen aufstellte.

Zu den technologischen Fortschritten zählen Effizienzsteigerungen bei der Elektrolyse – moderne Anlagen erreichen Wirkungsgrade von 80 Prozent – ​​und die Entwicklung neuer Speichermethoden wie etwa unterirdische Salzkavernen.

Probleme und Chancen

Probleme

• Wirtschaftlichkeit: Grüner Wasserstoff ist teurer als grauer Wasserstoff. Derzeit liegen die Preise bei etwa 5 USD pro Kilogramm, während grauer Wasserstoff 1-2 USD kostet. Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Kosten bis 2030 aufgrund billigerer erneuerbarer Energien um 30 % sinken könnten.
• Infrastruktur: Fehlende Infrastruktur für Produktion, Lagerung und Verteilung begrenzt die Skalierung. So ist beispielsweise der Bau von Pipelines und Tankstellen erforderlich.
• Speicherung und Transport: Wasserstoff hat eine geringe Energiedichte und erfordert spezielle Methoden wie die Komprimierung auf 700 bar oder die Kühlung auf -253 °C, was die Kosten erhöht.
• Sicherheit: Wasserstoff ist leicht entzündlich und erfordert strenge Sicherheitsvorkehrungen, einschließlich spezieller Lagermaterialien.
• Politische und regulatorische Unterstützung: Um Investitionen anzuregen, bedarf es klarer politischer Maßnahmen wie Subventionen und Steueranreizen, die jedoch von Land zu Land noch immer unterschiedlich ausfallen.

Chancen

• Dekarbonisierung: Wasserstoff kann zur Dekarbonisierung von Sektoren beitragen, in denen andere kohlenstoffarme Alternativen nur begrenzt zur Verfügung stehen, wie etwa in der Schwerindustrie und im Seeverkehr.
• Energiesicherheit: Lokal produzierter Wasserstoff verringert die Abhängigkeit von Importen fossiler Brennstoffe und verbessert die Energieunabhängigkeit.
• Schaffung von Arbeitsplätzen: Die Wasserstoffindustrie könnte neue Arbeitsplätze schaffen, etwa in der Elektrolyseurproduktion und im Infrastrukturbau. Prognosen zufolge sollen es bis zum Jahr 2050 bis zu 680.000 sein.
• Innovation: Fortschritte in der Wasserstofftechnologie treiben Innovationen voran, beispielsweise verbesserte Brennstoffzellen und die Integration erneuerbarer Energien.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen Regierungen und Industrie in der Forschung zusammenarbeiten, finanzielle Unterstützung leisten und rechtliche Rahmenbedingungen schaffen, etwa eine Zertifizierung der Umwelteigenschaften von Wasserstoff.

Umweltauswirkungen

Obwohl Wasserstoff bei der Verbrennung als sauber gilt, bestimmt seine Produktion seinen ökologischen Fußabdruck. Grauer Wasserstoff hat hohe CO2-Emissionen, während grüner Wasserstoff, der aus erneuerbarer Energie erzeugt wird, einen minimalen Fußabdruck hat. Es gibt jedoch Bedenken hinsichtlich Wasserstofflecks, da es sich dabei um ein indirektes Treibhausgas mit kurzfristiger, aber erheblicher Erwärmungswirkung handelt. Um die Auswirkungen zu minimieren, sind eine ordnungsgemäße Handhabung und Lagerung erforderlich.

Zukunftsaussichten

Untersuchungen deuten darauf hin, dass Wasserstoff in einem Null-Emissions-Szenario bis 2050 10 % des weltweiten Energiebedarfs decken könnte. Die Kosten für grünen Wasserstoff dürften bis 2030 dank sinkender Kosten für erneuerbare Energien und einer erhöhten Produktion um 30 % sinken.

Neue Anwendungen, wie Wasserstoff für den Luft- und Seeverkehr, bieten weitere Chancen. So werden beispielsweise Projekte zur Nutzung von Wasserstoff in Passagierflugzeugen geprüft. Der Erfolg hängt jedoch von der Bewältigung aktueller Herausforderungen ab, darunter der Ausweitung der Produktion und der Gewährleistung einer nachhaltigen Nutzung.

Vergleich der Wasserstoffarten

Diese Tabelle veranschaulicht die Unterschiede hinsichtlich des ökologischen Fußabdrucks und der Kosten und unterstreicht die Notwendigkeit der Umstellung auf grünen Wasserstoff für eine nachhaltige Entwicklung.