Erzeugung von Wasserstoff
Die Farbenlehre
Unternehmen wollen aus Wasserstoff grüne Produkte herstellen und entsprechend vermarkten können (z.B. grüner Stahl), sind im EU-Emissionshandel oder haben sich selbst zu Energie- und Klimazielen verpflichtet. Wer Wasserstoff kauft, will also wissen, wie dieser Wasserstoff produziert wurde.
Um diese Informationen zuverlässig bereitzustellen gibt es mehrere Möglichkeiten, von einfachen Bezeichnungen bis hin zu verknüpften System von Herkunftsnachweisen und Nachhaltigkeitszertifikaten. Dabei spielen die Erzeugungsarten und damit verbundene CO2-Emissionen eine große Rolle.
Die „Farben“ von Wasserstoff bezeichnen die jeweiligen Herstellungspfade und wurden von verschiedenen Marktteilnehmeren zur besseren Beschreibung etabliert . Während bekannte Technologien somit einheitlich über die Farben erkennbar sind, werden bei neuen Technologien von verschiedenen Seiten andere Farben angewendet.
Eine Übersicht über die gängigsten Farben des Wasserstoffs:
Die derzeitige Herstellung von einem Kilogramm „grauen“ Wasserstoff aus Erdgas (via Dampfreformation) erzeugt selbst bei sehr effizienten Anlagen 11 bis 12 kg CO2-äquivalente Treibhausgas-Emissionen.
Werden die bei der Dampfreformation entstehenden CO2-Emissionen abgeschieden und dauerhaft gespeichert, spricht man vom "blauen" Wasserstoff.
Beim "türkisen" Wasserstoff wird der Kohlenstoff mittels Pyrolyse von Erdgas abgespalten, der Rest ist Wasserstoff. Der Prozess benötigt weitere Energie (Strom, Wärme). Derzeit sind noch keine derartigen Pyrolyseanlagen im kommerziellen Betrieb.
Zusätzliche Herausforderungen, die mit der erdgasbasierten Erzeugung von Wasserstoff einhergehen, sind Emissionen bei der Produktion und dem Transport des Erdgases (CO2, CH4) sowie der Umstand, dass die Abscheidung von CO2 noch nicht vollständig, sondern in einem Ausmaß von 90 bis 95% bewerkstelligt werden kann. Damit ist auf absehbare Zeit mit Restemissionen aus diesen Erzeugungswegen zu rechnen.
In dieser Kategorie wäre auch die Erzeugung von Wasserstoff auf Basis von Kohle zu nennen, dessen Erzeugung mit noch höheren CO2-Emissionen einhergeht als mit Erdgas.
Die Elektrolyse, die Aufspaltung von Wasser mit elektrischer Energie in einer Redoxreaktion, ist die einzige derzeit am Markt kommerziell verfügbare und eingesetzte Technologie, um "grünen" Wasserstoff zu produzieren. Um den Wasserstoff als solchen zu qualifizieren, müssen jedoch eine Reihe weiterer Kriterien erfüllt sein. Zuvorderst muss der eingesetzte Strom aus erneuerbaren Quellen stammen.
Für die Elektrolyse stehen verschiedene Technologien zur Verfügung (marktreif bzw im Demonstrationsstadium):
- Alkali-Elektrolyse
- PEM-Elektrolyse
- SOFC (Solid Oxide Fuel Cells / Hochtemperaturbrennstoffzelle)
In Österreich sind schon eine Reihe von Elektrolysen in Betrieb oder in Planung. Eine Übersicht über den aktuellen Stand findet sich hier.
Die einzelnen Technologien haben ausgeprägte Vorteile und damit unterschiedliche Einsatzgebiete. Sie unterscheiden sich nach Anzahl der Betriebsstunden, Wertschöpfung auf Regelenergiemärkten, Nutzung von Wasserdampf, direkter Einsatz von Meerwasser. Von entscheidender Bedeutung sind jedoch Herkunft (Anteil Erneuerbarer, Zertifikate und Herkunftsnachweise) und Kosten des eingesetzten Stroms, der - im Falle von grünem Wasserstoff - jedenfalls aus erneuerbaren Quellen stammen muss.
Grüner Wasserstoff kann auch mittels Vergasung von Biomasse hergestellt werden. Der Kohlenstoff liegt am Ende des Prozesses in zahlreichen festen, flüssigen und gasförmigen Nebenprodukten vor. Hier sind die Wertschöpfungsketten und Kreisläufe zu beachten. Durch den Einsatz nachhaltiger Biomasse können auch negative CO2-Emissionen erzielt, also der Atmosphäre CO2 entzogen werden.
Biomethan aus Biogasanlagen kann mit technologischen Optionen zu Wasserstoff umgesetzt werden, aber diese Prozesse stehen in Konkurrenz zu den Bedarfen und Einsatzgebieten für Biomethan als erneuerbares Gas.
Die direkte Nutzung der Energie der Photonen des Sonnenlichtes ist eine vielversprechende, aber nur langfristig realisierbare Option. Hier müssen bis 2030 grundlegende Fragestellungen in der Materialforschung (Stabilität) gelöst werden, um dann in der Weiterentwicklung bei Effizienz und Kosten die Lücke zur vermutlich bis dahin sehr erfolgreichen Kombination PV-Elektrolyse nicht zu groß werden zu lassen.
Darüber hinaus gibt es noch weitere Spielarten. Bei "pinkem" Wasserstoff etwa stammt der Strom für die Elektrolyse aus Kernkraftwerken, wobei dieser teilweise auch als gelber oder violetter Wasserstoff bekannt ist.
