Die Wasserstoff-Produktion ist im System der Wasserstoffmobilität die Basis für die Umweltverträglichkeit, die Klimaauswirkung und die Wirtschaftlichkeit. Die durchschnittliche Produktionsmenge in Deutschland beträgt 19 Mrd. Kubikmeter Wasserstoff pro Jahr. Davon stammen etwa 5% des Wasserstoffs aus der Elektrolyse. Der aktuelle Produktionsmix emittiert 19 Mio. t CO2 pro Jahr. Je nach Produktionsverfahren unterscheidet man zwischen grauem, blauem oder grünem Wasserstoff. (vgl. ENCON.Europa GmbH/Ludwig-Bölow-Systemtechnik GmbH, 2018; Adolf/Arnold/Fischdick et al., 2017)

Grauer Wasserstoff

Die Kategorie des „grauen Wasserstoffs“ umfasst die Bereitstellung aus fossilen Energieträgern, wie Erdgas, Öl und Kohle sowie Wasserstoff der als Abfallprodukt u.a. in der Chemie- und Stahlindustire anfällt. Aktuell liegt der Nutzungsanteil der fossilen Energieträger Kohle, Öl und Erdgas als Primärenergieträger für die Produktion von Wasserstoff bei ca. 95%. Erdgas hatte 2019 einen Anteil von 76%. Die Erdgasdampfreformation ist somit das dominierende Produktionsverfahren. Der Bereitstellungspfad von grauem Wasserstoff leistet dadurch heute noch keinen Beitrag zur CO2-Reduktion bzw. Klimaneutralität des Energie, Industrie- und Mobilitätssektor. (vgl. ENCON.Europa GmbH/Ludwig-Bölow-Systemtechnik GmbH, 2018; Adolf/Arnold/Fischdick et al., 2017)

Vorteile des grauen Wasserstoffs
  • Erdgasdampfreformation
    • Geringe Herstellungskosten des Wasserstoffs
  • Abfallwasserstoff
    • Ungenutzter Wasserstoff wird für die Industrie und Mobilität nutzbar gemacht
      • Möglichkeit der Generierung zusätzlicher Einnahmen
    • Beitrag zur lokal emmissionsfreien Mobilität
    • Wiederverwendung in Industrieprozessen => Reduktion von fossilen Energieträgern
    • Steigerung der Ressourceneffizienz
Nachteile des grauen Wasserstoffs
  • Erdgasdampfreformation
    • Aufwendige Entschwefelung des Erdgases
    • Im Prozess entstehen große Mengen an giftigem Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2).
    • Das Kohlenmonoxid wird in einem zweiten Reformierungsschritt in CO2 umgewandelt.
    • Bei diesem Produktionsverfahren entstehen pro Tonne Wasserstoff 10 t CO2.
  • Abfallwasserstoff
    • Die Ausgangsprozesse sind nicht klimaneutral

Blauer Wasserstoff

Die Kategorie des „blauen Wasserstoff“ beinhaltet Wasserstoff, der mittels Produktionsverfahren des „Grauen Wasserstoffs“ entstanden ist. Der Unterschied zum „Grauen Wasserstoff“ ist, dass das dabei entstehende CO2 mit Hilfe eines technischem Verfahren aufgefangen und langfristig gespeichert wird. (vgl. BMBF, 2020)

Vorteil des blauen Wasserstoffs
  • Bilanziell ist blauer Wasserstoff CO2-neutral
Nachteile des blauen Wasserstoffs
  • technisch aufwendiges Verfahren für das Aufangen und Speichern von CO2
  • Ausgangsprozess nicht CO2-frei

Grüner Wasserstoff

Die Kategorie des „grünen Wasserstoffs“ beinhaltet die Bereitstellung aus erneuerbaren Energien, wie Sonnen- und Windenergie, Biomasse und der noch im experimentalen Stadium befindlichen Gewinnung aus Sonnenbestrahlung von Algen. Aktuell entsteht grüner Wasserstoff nur durch die Verwendung erneuerbarer Energien im Elektrolyseur. Die Wasserstoffelektrolyse ist ein elektrochemisches Verfahren. Dabei erfolgt die Aufspaltung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) mittels elektrischer Energie. (vgl. Adolf/Arnold/Fischdick et al., 2017; Smolinka/Voglstätter, 2013)

Vorteile des grünen Wasserstoffs
  • Die Nutzung von erneuerbarer Energien bei der Produktion von grünem Wasserstoff stellt sicher, dass dieser CO2-frei oder neutral ist.
  • CO2 Ausstoß ist um 91% bis 97% niedriger im Vergleich zur Erdgasdampfreformierung
  • Nutzbarmachung von überschüssigen erneuerbarer Energien
    • Speicherung mittels Wasserstoff
    • Lastglättung
Nachteile des grünen Wasserstoffs
  • Höhe Produktionskosten im Vergleich zur Erdgasdampfreformation
  • Geringere Kapazität am Markt verfügbar als Erdgasdampfreformation

Quellen:

  • Adolf/Arnold/Fischdick et al. (2017), Shell Wasserstoff-Studie – Energie der Zukunft? – Nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H2.
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (2020), Eine kleine Wasserstoff-Farbenlehre
  • ENCON.Europa GmbH/Ludwig-Bölow-Systemtechnik GmbH (2018), Potentialatlas für Wasserstoff – Analyse des Marktpotentials für Wasserstoff, der mit erneuerbarem Strom hergestellt wird, im Raffineriesektor und im zukünftigen Mobilitätssektor
  • Smolinka/Voglstätter (2013), Wasserstoff-Infrastruktur für eine nachhaltige Mobilität – Entwicklungsstand und Forschungsbedarf