Welche Farbe hat Wasserstoff?

11. März 2021

Wasserstoff​​​​​​​ gilt als Wundermittel der Energiewende. Allerdings ist Wasserstoff nicht gleich Wasserstoff – zumindest für das Weltklima. Je nachdem, wie er hergestellt wird, verursacht er verschiedene Mengen an CO2-Emissionen. Um hier besser zu klassifizieren, wird er in Farbkategorien eingeteilt. Was etwa grünen Wasserstoff von blauem unterscheidet und welche Sicherheitsfragen beim Einsatz des flüchtigen Gases beantwortet werden wollen, erklärt TÜV-NORD-Expertin Verena Schneider.

Verena Schneider: Grauer Wasserstoff dominiert zurzeit den Markt. Gewonnen wird er aus fossilen Brennstoffen, vorrangig aus Erdgas und Kohle. Erdgas wird in der sogenannten Dampfreformierung unter Hitze in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. Das CO2 entweicht dabei ungenutzt in die Atmosphäre und verstärkt somit den Treibhauseffekt. Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen je nach Quelle und Strommix rund zehn Tonnen CO2 – eine beträchtliche Menge.

Grüner Wasserstoff wird mit regenerativen Energien aus Wasser im Elektrolyseverfahren erzeugt. Das Wassermolekül wird dabei in die beiden Elemente Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Wird ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet, gilt der Wasserstoff als CO2-frei – auch wenn die Produktion beispielsweise einer Windenergieanlage natürlich nicht völlig klimaneutral ist.

Blauer Wasserstoff ist eigentlich grauer Wasserstoff, wird also durch fossile Brennstoffe erzeugt. Der entscheidende Unterschied: Das anfallende CO2 wird abgeschieden, aufgefangen und in geeignete geologische Formationen tief unter der Erde verpresst. Es entweicht also nicht in die Atmosphäre. 

Im Englischen spricht man von Carbon Capture and Storage, kurz CCS. In der Bilanz gilt blauer Wasserstoff als CO2-neutral. Mögliche Lagerstätten sind beispielsweise ehemalige Öl- oder Gaslagerstätten und Salzwasser führende Gesteinsschichten. In Deutschland wird das Verfahren bislang nur in Pilot- und Testprojekten genutzt. Norwegen hat Ende 2020 angekündigt, 1,5 Milliarden Euro in den Aufbau eines großen CCS-Speichers zu investieren.

Für uns als TÜV NORD ist der Wasserstoff grundsätzlich erst einmal bunt. Perspektivisch sollte Wasserstoff grün werden. Wir unterstützen unsere Kunden darin, das Potenzial der Wasserstofftechnologie an die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen. Dabei beschränken wir uns noch nicht auf den grünen Wasserstoff. Denn heute bilden Geschäftsmodelle oftmals eine erfolgreiche Wasserstoffwirtschaft noch nicht vollständig ab, sodass auch das Thema Import betrachtet werden muss. Generell steht für uns eine sichere und gesicherte Energieversorgung im Fokus. Sicherheit kennt keine Farben.

Turquoise hydrogen is hydrogen produced through the thermal cracking of methane—a process known as methane pyrolysis. Instead of CO2, this process produces solid carbon. This process is carbon-neutral if the high-temperature reactor is powered by renewable energy sources. And, of course, the resulting carbon must be permanently sequestered. One advantage of this process is that carbon is easier to store than CO2 and could be used, for example, in the chemical and electronics industries or in road construction. Compared to the production of green hydrogen via electrolysis, methane pyrolysis is also said to require only one-fifth of the energy. So far, however, the process has only been tested on a laboratory scale. With funding from the Federal Ministry of Research, BASF has now built a test facility in Ludwigshafen that is scheduled to go into operation in the coming months once testing is complete.

Umweltverbände problematisieren, dass bereits die Förderung, die Verarbeitung und der Transport von Erdgas mit hohen Treibhausgasemissionen verbunden sind. Auch blauer Wasserstoff wäre also nie klimaneutral. Wie bewerten Sie das?

Die CO2-Emissionen bei der Förderung und Verarbeitung von Erdgas lassen sich weiter reduzieren – aber tatsächlich nicht völlig verhindern. Insofern wäre blauer Wasserstoff nicht komplett klimaneutral. Wir werden ihn aber als Übergangstechnologie benötigen. Denn bislang verfügen wir hierzulande noch nicht über genügend erneuerbare Energien, um grünen Wasserstoff für alle Bedarfe zu produzieren. Das ist auch einer der Gründe, warum die Bundesregierung grünen Wasserstoff künftig im Ausland produzieren und nach Deutschland importieren will.

Ein zentraler Aspekt ist der sichere Transport des Wasserstoffs. Um die bisherige Infrastruktur weiterhin zu nutzen, wird hier die Umwidmung von Erdgasleitungen diskutiert. Bislang dürfen rund zehn Prozent Wasserstoff zum Erdgas beigemischt werden. Hier muss geprüft werden, ob wir die bestehenden Pipelines auch problemlos mit deutlich höheren Beimischungsquoten oder sogar mit reinem Wasserstoff betreiben können. Oder inwiefern technische Anpassungen oder neue Pipelines erforderlich sind. Auch produktionsseitig sind noch einige Fragen zu klären: Grüner Wasserstoff wird bislang in kleinen Elektrolyseuren im niedrigen Megawattbereich hergestellt. Im Zuge des Markthochlaufs, den die Bundesregierung durch ihre Wasserstoffstrategie anschieben will, sind große Anlagen mit Leistungen von über hundert Megawatt geplant. Diese neuen Energieinfrastruktursysteme müssen wir sicher machen! Bestenfalls werden dazu die Entwicklung und Herstellung dieser Elektrolyseure durch unabhängige Dritte wie TÜV NORD begleitet. Aber auch auf anderen Ebenen müssen wir das Vertrauen in den neuen Energieträger stärken. Chemisch gesehen unterscheidet sich grüner Wasserstoff nicht von grauem Wasserstoff aus Erdgas, ist aber eben umweltfreundlich und zugleich erheblich teurer. Sinnvoll wäre es daher, Herkunftsnachweise zu etablieren. Abnehmer in der Industrie und im Verkehrssektor könnten sich so darauf verlassen, dass sie mit garantiert hundertprozentig grünem Wasserstoff beliefert werden.