Warum Wasserstoff der Durchbruch noch nicht gelungen ist

Von den Chefs der multinationalen Ölkonzerne über die Größen der Automobilindustrie bis zu den führenden Köpfen aus der Wissenschaft: Wasserstoff treibt derzeit viele Akteure in der Energiewelt um. Es vergeht kaum eine Konferenz ohne mindestens einen Vortrag über die verheißungsvolle „Power To X“-Technologie und ihre Vorteile.

In der Theorie klingt sie zunächst simpel: Überflüssiger Strom aus Wind- und Solarkraft wird mithilfe von Elektrolyse in Wasserstoff verwandelt und kann so entweder gespeichert oder vielfältig weiterverwendet werden.

Das Problem: Über Forschungsversuche und Pilotprojekte hinaus, hat es die Power to X bislang nicht geschafft. Aber warum eigentlich? Und wie wichtig ist Wasserstoff für das Gelingen der Energiewende wirklich? Die wichtigsten Fragen.

Was ist Power to X?

Power to X (zu Deutsch: Strom zu X) ist der Überbegriff für eine Reihe von Anwendungen, die auf dem Verfahren der Elektrolyse basieren, also der Umwandlung von Strom zu Wasserstoff. Dabei wird Wasser mit Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Das ist ein seit Jahrzehnten erprobter Prozess, bei dem immerhin ein Wirkungsgrad bis zu 80 Prozent erzielt werden kann. Wenn der Strom, der für die Elektrolyse eingesetzt wird, aus erneuerbaren Quellen stammt, entstehen klimaneutrale, also „grüne“ Brennstoffe.

Für den dadurch erzeugten Wasserstoff gibt es nun verschiedene Verwendungsmöglichkeiten. Bei der Power to Gas Variante wird das Element nach der Elektrolyse in einem nächsten Schritt methanisiert, also zu Gas umgewandelt. Dieses synthetische Erdgas könnte dann wiederum zum befeuern von Erdgasautos oder auch zum Heizen genutzt werden.

Weil es über die bereits existierende Gasnetzinfrastruktur transportiert werden würde, könnte man die bereits vorhandenen Leitungen weiter nutzen. Zugleich würde der Druck auf den Ausbau des Stromnetzes sinken.

Unter Power to Heat versteht man die Erzeugung von Wärme, zum Beispiel über Wärmepumpen. Wasserstoff kann aber auch als Grundbaustein für die chemische Industrie genutzt werden (Power to Chem).

Viel diskutiert und besonders von der Ölindustrie vorangetrieben wird aktuell jedoch die Power-to-Fuel-Technologie. Dabei werden so genannte synthetische Kraftstoffe hergestellt. Der Vorteil: Fast jeder Verbrennungsmotor käme mit den künstlichen Spritsorten zurecht und auch die bereits vorhandene Tankstellen-Infrastruktur könnte weiter genutzt werden wie bisher.

Das Problem liegt in der Produktion. Die ist sehr energieaufwendig und vor allem teuer. Während ein batteriebetriebenes E-Auto dem Papier einer Studie des Wuppertaler Instituts für Klima, Umwelt und Energie zufolge für 100 Kilometer 15 Kilowattstunden Strom braucht, sind es bei einem Auto, das mit synthetischem Diesel betrieben wird, mehr als hundert.

Für die gleiche Leistung wird also die sechs- bis siebenfache Menge Energie nötig. Viele Kritiker sehen synthetische in Kombination mit fossilen Kraftstoffen deswegen eher als Zwischenschritt zur Erreichung der Co2-Ziele an.

Und dann ist da noch Power to Hydrogen. Hier wird der Wasserstoff direkt genutzt., hat also den geringsten Wirkungsverlust. Am effektivsten für das Befeuern von Brennstoffzellenautos, das heute noch mit Wasserstoff aus Erdgas betrieben wird.

Während der Autokonzern Volkswagen komplett auf das Elektroauto setzen will, wollen sich Daimler und BMW auch weiterhin die Entwicklung der Brennstoffzelle offen halten. Vor allem asiatische Hersteller führen hier das Rennen bislang an. Für sie ist klar: Je größer das Fahrzeug und je länger die Strecke, desto mehr Sinn ergibt der Wasserstoff.

Wasserstoff kann aber, genauso wie Gas, als Speicher für überschüssigen Strom genutzt werden, der bei Bedarf wieder von H2 in elektrische Energie umgewandelt werden könnte.

Wann schafft die Technologie den Durchbruch?

Hier gibt es unterschiedliche Meinungen. Sowohl die Bundesregierung als auch die EU-Kommission fördern die Wasserstofftechnologie. Der Fokus liegt dabei aber weiterhin eher auf Forschungs- und Pilotprojekten.

„Noch ist die Technologie sehr teuer. Solange sich an den Kosten nichts tut, wird es schwer, das Ganze wirtschaftlich darzustellen. Aber auch bei der Batterie sind die Kosten in den letzten Jahren deutlich günstiger geworden. Und diese Hoffnung habe ich auch für den grünen Wasserstoff“, sagt Ralf Peters, Abteilungsleiter für Brenngaserzeugung und Systeme am Forschungszentrum Jülich.

In den vergangenen Monaten häufen sich die Projekte rund um das Thema Power to X. Sei es durch eine Initiative der Netzbetreiber Amprion und Open Grid Europe, die eine 100 Megawatt starke Anlage zur Umwandlung von Strom zu Gas in Niedersachsen bauen wollen, Tennet, Gasunie und Thyssengas mit einem vergleichbaren Projekt oder das Unternehmen Enertrag, dass schon seit 2011 grünen Wasserstoff aus Windkraft herstellt.

Aber die großindustrielle Massenproduktion ist bislang ausgeblieben. Die erforderlichen Technologien stünden „noch in den Anfangsstadien der Entwicklung“ heißt es in einer Studie, die das Beratungsunternehmen Frontier Economics für den Energiekonzern Innogy angefertigt hat.

Die Autoren verweisen allerdings darauf, dass beispielsweise in den Elektrolyse-Technologien in den vergangenen Jahren signifikante Kostensenkungen von bis zu 80 Prozent zu beobachten gewesen sein. Weitere technologische Fortschritte ließen weitere Kostendegression erwarten, schreiben sie.

Aber die Technologie braucht noch eine Weile. „Bis Power to X wirklich auf dem Massenmarkt angekommen ist, müssen noch viele Hindernisse überwunden werden. Das kann noch 10 bis 15 Jahre dauern“, meint Experte Peters.

Wie wichtig ist grüner Wasserstoff für die Energiewende?

Um die internationalen Klimaziele zu erreichen, spielt Wasserstoff nach Meinung der Experten eine enorm wichtige Rolle. „Wasserstoff ist für den Energiemix der Zukunft unbedingt notwendig. Wenn wir diese Technologie nicht erschließen, kriegen wir ein Problem“, glaubt auch Ralf Peters.

Besonders für die Reduktion der Co2-Emissionen spielt der Einsatz der Power-to-X-Technologien eine wichtige Rolle. Durch die vielzähligen Verwendungsmöglichkeiten im Wärmemarkt, im Verkehrssektor aber auch in der chemischen Industrie, ist Wasserstoff ein wichtiger Bestandteil im Energiemix der Zukunft.

Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff werden bei der konventionellen Erdgasreformierung circa zehn Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. Bei erneuerbaren Energien via Elektrolyse wäre der gesamte Produktionspfad nahezu vollständig emissionsfrei. „Ab einem gewissen Anteil erneuerbarer Energien, brauchen wir den Wasserstoff, weil er eine Brücke bilden kann“, ist auch Peters überzeugt. Dafür müssten dann aber auch die entsprechenden politischen Rahmenbedingungen stehen, an denen es im Moment noch fehle, mahnt der Experte.

Das Problem: Wer heute Strom in Power-to-X-Anlagen einsetzt, wird so behandelt wie jeder Endverbraucher. Er zahlt also alle Steuern, Umlagen und Abgaben auf den Strompreis – obwohl der Strom mittels Power-to-X ja nur in einen anderen Energieträger umgewandelt und erst später verbraucht wird.

Das Beratungsunternehmen Frontier Economics empfiehlt daher in einer Studie, das Abgaben- und Umlagensystem so auszugestalten, „dass Umwandlung und Speicherung von Strom als Teil der Energiewertschöpfungskette gesehen werden und entsprechend Abgaben, Steuern und Umlagen für Letztverbraucher nicht anfallen“.

In einem anderen Land ist die Wasserstoffwirtschaft schon ein gutes Stück weiter als in Europa. Japan sieht H2 als zentrales Element seiner Energiepolitik. Statt Erdgas will das asiatische Land den Wasserstoff-Import forcieren und der Autobauer Toyota zählt weltweit zu den führenden Entwicklern von serienreifen Wasserstoffautos.

Auch in China sind schon heute mehrere Tausend Busse und Transporter mit Wasserstoff unterwegs, die Brennstoffzelle wurde sogar in den aktuellen Fünfjahresplan der Regierung aufgenommen.