Technologie: Hype um ein Gas: Wie Wasserstoff das Klima retten soll

Das Gerät, das die Zukunft verheißt, ist unscheinbar. Einige dutzend dunkle Platten, in etwa so groß wie ein DIN-A4-Blatt, dicht an dicht gestapelt, dazu einige Stäbe aus Metall, die das Ganze zusammenhalten. Durchströmt man das Gerät mit Wasser und legt Strom an, wird Sauerstoff frei – und Wasserstoff. Dieser, davon ist Naturwissenschaftler Joachim Herrmann hier bei dem Unternehmen H-Tec-Systems in Augsburg überzeugt, wird für die Energieversorgung, ja für unser tägliches Leben eine große Rolle spielen. Wasserstoff bekommt derzeit Aufmerksamkeit wie selten zuvor. Um das Gas ist fast ein Hype entbrannt. Die Politik stellt mehrere Milliarden Euro an Fördergeld bereit, Unternehmen planen, dass Wasserstoff Autos, Lkw, ja Flugzeuge antreiben könnte. Arbeitsplätze sollen entstehen. Wie ist ein Gas plötzlich so wichtig geworden? Kann es halten, was es verspricht?

H-Tec-Systems stellt Anlagen her, mit denen sich aus Wasser der Wasserstoff gewinnen lässt

Um das Thema besser zu verstehen, hilft ein Besuch, bei dem Unternehmen, das die Grundlage für die Wasserstoffwirtschaft von morgen schaffen will. H-Tec-Systems stellt Anlagen her, mit denen sich aus Wasser der Wasserstoff gewinnen lässt – sogenannte Elektrolyseure. Das Unternehmen existiert seit 1996, hat heute rund 60 Mitarbeiter, gehört zu 60 Prozent zum Energiewende-Spezialisten GP Joule und zu 40 Prozent dem Großmotorenhersteller MAN Energy Solutions. Die Elektrolyse-Anlagen werden in einen Hochsee-Container eingebaut und können dann unter freiem Himmel ihrer Arbeit nachgehen – Wasserstoff produzieren.

Herzstück ist der kleine, eingangs beschriebene Kasten, in dem die Elektrolyse abläuft – so, wie man es aus dem Chemieunterricht kennt. Wasser wird in die Elemente Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Die Fachleute sagen „Stack“ zu dem Gerät. „Unser großer Stack ist nicht viel größer als ein Bierkasten“, sagt Herrmann. „Trotzdem ist die Herstellung sehr komplex, hier steckt das Know-how von H-Tec-Systems“, erklärt er.

Joachim Herrmann, ein sportlicher Mann in den 40ern, verheiratet, drei Kinder, stammt aus Diedorf, hat einmal Papiermacher gelernt, später Physik studiert und promoviert. Seit zwei Jahren gehört er der Geschäftsführung von H-Tec-Systems an. Er ist fest davon überzeugt, dass mit dem Gas ein Grundproblem der Energiewirtschaft gelöst werden kann: Denn prinzipiell sind die fossilen Vorräte an Erdgas und Erdöl endlich. Zudem entsteht bei ihrer Verbrennung das Klimagas CO2, das den Klimawandel anheizt. Eine Lösung bestünde darin, weniger Öl und Gas zu verbrennen – im Verzicht. Das ist nicht populär. „Wir wollen weiter fliegen, Auto fahren, unsere Häuser heizen“, sagt Herrmann. Die Energie der Zukunft muss dementsprechend aus anderen Quellen kommen. Nach dem Atomausstieg in Deutschland bleiben nur die erneuerbaren Energien. Deutschland ist heute voll von Windrädern und Solarparks.

Mit Batterien lassen sich E-Autos antreiben, nicht aber Containerschiffe oder Flugzeuge

Der Strom von Wind und Sonne ist aber wankelmütig. Kalte, windstille Wintertage gelten als besonders kritisch. Zwar ließe sich der erneuerbar erzeugte Strom in Batterien zwischenspeichern. Das klappt für ein Einfamilienhaus gut, wenn der Strom der Photovoltaikanlage für die Nacht in eine Batterie im Keller fließt. Für eine Volkswirtschaft mit Stahlwerken und Fabriken stoßen Batterien aber an Grenzen. Mit Batterien lassen sich E-Autos antreiben, nicht aber Containerschiffe oder Flugzeuge. „Wir brauchen deshalb einen anderen Mechanismus“, sagt Herrmann. Hier kommt Wasserstoff ins Spiel.

Wasserstoff ist energiereich. Das Gas verbrennt ungiftig, aus dem Auspuff eines wasserstoffbetriebenen Fahrzeugs kommt nur Wasserdampf. Gelänge es, in großem Maßstab mit erneuerbarem Strom Wasserstoff zu erzeugen, hätte man einen umweltfreundlichen Energiespeicher, der vielfältig genutzt werden kann. Mit dem Gas ließe sich problemlos wieder Strom erzeugen, sobald dieser knapp ist. Dies geschieht in einer Brennstoffzelle. Eine solche kann die Energieversorgung eines Hauses übernehmen. Sie kann aber auch im Auto oder Lkw den Strom für den Elektromotor bereitstellen. Fachleute begeistern sich zudem für die Idee, auf Basis von Wasserstoff in chemischen Verfahren künstliche Treibstoffe herzustellen, sogenannte E-Fuels. Um künstliches Erdgas, Diesel oder Kerosin zu produzieren, muss das Klimagas CO2 beigefügt werden. Gelingt es, dieses zuvor der Atmosphäre zu entnehmen, wäre die Verbrennung von E-Fuels klimaneutral. Spinnt man die Fäden weiter, hätte Wasserstoff das Potenzial, Erdöl komplett zu ersetzen. Im Raum steht die Vision einer „Wasserstoffwirtschaft“.

Fünf Minister haben die neue nationale Wasserstoffstrategie präsentiert

Politiker sind begeistert. Im Bund haben im Juni mit Peter Altmaier, Andreas Scheuer, Svenja Schulze, Anja Karliczek und Gerd Müller gleich fünf Minister die neue nationale Wasserstoffstrategie präsentiert, auch Bayern hat sich eine Wasserstoffstrategie gegeben. Bis zum Jahr 2030 sollen rund 70.000 Arbeitsplätze in Deutschland rund um das Thema Wasserstoff entstehen, davon 15.000 in Bayern. Bisher gibt es praktisch keine Brennstoffzellen-Autos auf den Straßen; die einzigen Serien-Hersteller kommen aus Japan und Korea, die Fahrzeuge sind mit rund 70.000 Euro teuer. Im Jahr 2050 aber sollen rund 25 bis 30 Prozent der Pkw und rund 70 Prozent des Güterverkehrs mit Wasserstoff über Bayerns Straßen rollen. Erste Häuser mit Wasserstoff als Energieträger für Strom und Heizung entstehen. Hat Wasserstoff bald eine große Zukunft?

Hier beginnen die Probleme: Denn bisher entsteht nur der kleinste Teil des Wasserstoffs mit erneuerbarem Strom – sogenannter „grüner Wasserstoff“. Nicht einmal 0,1 Prozent des Gases werden derzeit per Elektrolyse erzeugt, berichtet die Bayerische Staatsregierung.

Der größte Teil des heute verfügbaren Wasserstoffs wird in chemischen Verfahren aus Erdgas oder Kohle gewonnen – sogenannter „grauer Wasserstoff“. „Allerdings werden dabei große Mengen CO2 freigesetzt“, kritisiert die Umweltorganisation Greenpeace. Für den Klimaschutz ist mit grauem Wasserstoff nichts gewonnen, sagt auch Claudia Kemfert von Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung: „Um die Klimaziele zu erreichen, muss der Wasserstoff zwingend aus erneuerbaren Energien hergestellt werden“, sagt sie. Die Bundesregierung sehe grünen Wasserstoff aber erst als „langfristige Option“, was bedeute, dass der Wasserstoff aus Kohle oder Erdgas gewonnen wird. „Das führt zu steigenden statt sinkenden Treibhausgasen, ist somit klimapolitischer Wahnsinn und steht nicht im Einklang mit den Pariser Klimazielen“, sagt Kemfert.

Windräder, ja selbst Photovoltaikanlagen stoßen auf Widerstand

Zudem stellt sich die Frage, ob überhaupt genug Ökostrom verfügbar ist, um die eines Tages nötigen Wasserstoff-Mengen zu produzieren. „Dafür bedarf es einer Verfünffachung des jetzigen Ausbautempos erneuerbarer Energien“, warnt Kemfert. Bereits heute stoßen Windräder, ja selbst Photovoltaikanlagen auf Widerstand. Langfristig, das sagt Kemfert auch, könnte man Wasserstoff zwar in Kooperation mit anderen Ländern etwa in Nordafrika produzieren. Dort gibt es hinreichend Sonne für die Stromproduktion und Wasserstoff-Erzeugung. „Dafür muss aber die Infrastruktur gebaut werden“, sagt Kemfert. „Von alldem ist man weit entfernt. Daher ist die derzeitige Strategie der Bundesregierung eine Mogelpackung“, kritisiert sie.

Letztlich gibt es Zweifel an der Effizienz. Denn die Kette der Wasserstoffnutzung ist lang. In jedem Schritt – der Elektrolyse, der Verdichtung des Gases, dem Transport und am Ende in der Brennstoffzelle – geht nutzbare Energie verloren. Der VW-Konzern hat berechnet, dass es verlustärmer ist, ein E-Auto direkt mit erneuerbarem Strom zu laden, als mit diesem Strom Wasserstoff zu erzeugen und dann das Auto anzutreiben. „Wasserstoff ist kostbar“, sagt Energieökonomin Kemfert. „Da von der Herstellung bis zur Nutzung viel Energie verloren geht, braucht man bis zu acht Mal so viel Strom, als wenn man den Strom direkt nutzen würde“, sagt sie. „Somit ist Wasserstoff nicht das neue Öl, welches in SUV oder energiefressenden Gebäuden verschwendet werden sollte.“ Er sollte nur da eingesetzt werden, wo es keine direkte elektrische Alternative gibt, beispielsweise im Schiffs-, Schwerlast- oder Flugverkehr oder in Industrieprozessen.“ Ein Kilo Wasserstoff kostet derzeit 9,50 Euro, womit ein Auto rund 100 Kilometer weit fahren könne. Die Erzeugungskosten von grünem Wasserstoff liegen heute meist noch über diesem Preis, berichtet man bei H-Tec-Systems.

Wie schnell die Kosten sinken können, hat der Siegeszug der Photovoltaik gezeigt

Dort ist man sich des Kosten-Problems bewusst. Dieses Jahr produziert das Unternehmen sieben Elektrolyseanlagen und rund hundert Stacks. Damit die Kosten sinken, müssen es deutlich mehr werden. „Ich denke, wir brauchen für die Wasserstoff-Herstellung zwar keine dauerhafte Förderung, aber einen Anschub, um schnell billiger zu werden“, sagt H-Tec-Systems-Politik-Experte Marcel Rohrlack. Dass die Ideen aber funktionieren, beweist die Firma in Nordfriesland. Dort wird der Strom aus Windkraft genutzt, um erst Wasserstoff zu erzeugen und diesen dann im öffentlichen Nahverkehr zu nutzen.

Familienvater Herrmann hat eine Vision: „Irgendwann ist Wasserstoff so günstig, dass es sich nicht mehr rechnet, Öl und Kohle aus dem Boden zu holen.“ Wie schnell die Kosten sinken können, habe der Siegeszug der Photovoltaik gezeigt: In zwanzig Jahren sind die Kosten der Module massiv gesunken. „Nur haben wir diesmal keine 20 Jahre Zeit“, sagt er. „Wir müssen schneller sein, wenn wir den Klimawandel noch aufhalten wollen.“

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