Die Zukunft von Wasserstoff in der Energiewende

Die Energiewende zielt auf den Wechsel von einer nicht-nachhaltigen Energieversorgung, hin zu einer Versorgung, die sich auf nachwachsende und erneuerbare Energieträger stützt. Der Austausch von Kohle, Öl, Erdgas oder Atomkraft stellt unsere Gesellschaft jedoch vor eine besondere Herausforderung. Denn die fossilen Energieträger sind fest verankert in den Bereichen Mobilität, Wärme und Stromerzeugung. Kann Wasserstoff dazu beitragen, die Energiewende in Zukunft zu beschleunigen? 

Was ist Wasserstoff überhaupt?

„Eine erfolgreiche Energiewende braucht den Wasserstoff. Nur mit der Integration von Wasserstoff und Brennstoffzelle in ein ganzheitlich gedachtes Energiesystem, das Wärme, Strom und Mobilität umfasst, können die Ziele der Energie- und Klimapolitik umgesetzt werden“, meint Dr. Johannes Töpler, der Vorstandsvorsitzende des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verbands (DWV e.V.). Um diese Aussage zu verstehen, stellt sich jedoch die Frage, was Wasserstoff überhaupt ist.
Wasserstoff ist ein chemisches Element, dass zusammen mit Sauerstoff im Wasser (H2O) sowie in gebundener Form in fast allen organischen Verbindungen auf der Erde vorkommt. Ungebunden kann es zum Beispiel als gasförmiger oder flüssiger Energieträger verwendet werden.

Wie kann Wasserstoff hergestellt werden?

Um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, muss er zunächst aus seiner Verbindung mit Sauerstoff gelöst werden. Wie Sie vielleicht aus dem Chemieunterricht wissen, funktioniert das mit der sogenannten Elektrolyse. Dabei wird Wasser mit elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt.
Geht es um die Energiewende, kann der energieintensive Prozess zum Beispiel mit Strom aus erneuerbaren Energieanlagen betrieben werden. Und zwar immer dann, wenn über Solar- oder Windkraftwerke mehr Energie gewonnen wird, als im Netz benötigt.

Wie kann die im Wasserstoff gespeicherte Energie gewonnen werden?

Während die Energie, die zum Beispiel in Gas oder Öl gespeichert ist, durch eine Verbrennung in nutzbare Wärme umgewandelt werden kann, funktioniert das bei Wasserstoff unter anderem mit einem chemischen Prozess in sogenannten Brennstoffzellen. Diese bestehen aus zwei Elektroden, die durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt sind. Gelangt Wasserstoff auf die erste negativ geladene Elektrode (die Anode) teilt er sich durch einen Katalysator in Elektronen und Protonen. Während die Elektronen über einen Leiter zur positiv geladenen Elektrode (der Kathode) wandern – es entsteht Strom – schlüpfen die Protonen durch die nur für sie durchlässige Membran. An der Kathode verbinden sich beide wieder. Durch zusätzlichen Sauerstoff, der aus der Umgebung zugeführt wird, entsteht Wasser. Neben dem Strom, der durch den Elektronenfluss zwischen Anode und Kathode entsteht, kann die bei der Reaktion freigesetzte Wärme in Brennstoffzellen-Heizgeräten zum Beispiel auch zur Beheizung oder Warmwasserbereitung genutzt werden.

Wo kann Wasserstoff eingesetzt werden?

Als Energieträger kann Wasserstoff heute nahezu überall eingesetzt werden, wo Energie verbraucht wird. Neben der Stromversorgung sind das auch die Bereiche Mobilität und Wärme, die zusammen etwa drei Viertel des deutschen Energieverbrauchs verursachen. Während Brennstoffzellen-Heizgeräte heute zu einer jungen Technologie zählen, gibt es vor allem im Bereich Mobilität bereits mehrjährige Erfahrungen mit Wasserstoff. Denn hier wird er zum Beispiel mit Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen im öffentlichen Personennahverkehr vieler Metropolen wie Berlin oder Hamburg eingesetzt.

Welche Rolle kann Wasserstoff in der Energiewende spielen?

Geht es darum, konventionelle und endliche Energieträger wie Kohle, Gas oder Öl durch erneuerbare Energieträger abzulösen, ist es besonders wichtig, das schwankend auftretende Angebot der Energie aus Sonne oder Wind auf den Bedarf in den Sektoren Strom, Wärme und Mobilität anzupassen. Ohne entsprechende Speichertechnologien wird das und damit auch ein hoher Ausbau regenerativer Energieträger in Zukunft kaum möglich sein.  Genau wie mit Gas oder Öl, wird es in Zukunft auch mit Wasserstoff möglich sein, überschüssige Energie flexibel in den Sektoren Strom, Wärme und Mobilität einzusetzen. Ein Vorteil, der anderen Speichertechnologien verwehrt bleibt. Ob und wie schnell Wasserstoff seine Schlüsselrolle in der Energiewende einnehmen wird, bleibt allerdings abzuwarten.


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