Wasserstoff kann durch Elektrolyse von Wasser oder durch Dampfreformierung von Erdgas hergestellt werden. Die Klimabilanz hängt maßgeblich von der verwendeten Energiequelle ab: Nur grüner Wasserstoff aus erneuerbarem Strom ist nahezu CO₂-frei, während herkömmliche Verfahren hohe Emissionen verursachen.
Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für eine klimafreundliche Energiezukunft, wird aber je nach Herstellungsverfahren und Energieträger deutlich unterschiedlich eingestuft. Der zentrale Unterschied liegt darin, wie Wasserstoff produziert wird und welche Emissionen dabei entstehen: Grüner Wasserstoff aus erneuerbarer Elektrolyse ist nahezu klimaneutral, während herkömmliche Verfahren auf Basis fossiler Energieträger weiterhin hohe CO₂-Emissionen verursachen. Für Wirtschaft und Gesellschaft in Österreich und weltweit ist diese Unterscheidung entscheidend, wenn es um Weichenstellungen auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft geht.
- Wasserstoff ist nicht automatisch klimaneutral – die Herstellungsart ist entscheidend für die CO₂-Bilanz.
- Grüner Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien und ist nahezu emissionsfrei.
- Konventionelle Verfahren wie Dampfreformierung verursachen hohe Emissionen, während technische Lösungen wie CCS erst im Aufbau sind.
Wie wird Wasserstoff hergestellt?
Wasserstoff, chemisch H2, ist keine Energiequelle, sondern ein vielseitiger Energieträger mit hoher Bedeutung für Industrie, Mobilität und Energiewirtschaft. Hergestellt wird Wasserstoff weltweit im größeren Stil vor allem durch zwei Verfahren: Elektrolyse von Wasser und Dampfreformierung von Erdgas. Der grundsätzliche Unterschied liegt darin, ob als Ausgangsstoff fossile Energie in Form von Erdgas oder Wasser mit Strom verwendet wird. Dabei haben beide Wege spezifische Abläufe und jeweils unterschiedliche Auswirkungen auf den Treibhausgasausstoß und die Energiebilanz.
Wie funktioniert die Elektrolyse von Wasser?
Die Elektrolyse von Wasser ist ein chemisches Verfahren, bei dem Wasser mithilfe von elektrischem Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Ein sogenannter Elektrolyseur führt Strom durch reines Wasser, das häufig mit einer leichten Elektrolytlösung versetzt ist. An der Kathode entsteht Wasserstoffgas, an der Anode Sauerstoff. Der Schlüssel für die Klimabilanz liegt dabei im eingesetzten Strom: Stammt dieser Strom vollständig aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft oder Photovoltaik, spricht man von grünem Wasserstoff. Während der Vorgang physikalisch recht simpel erscheint, sind hohe Energiemengen notwendig, um Wasserstoff in industriell relevanten Mengen zu gewinnen. Die Effizienz der Elektrolyseure und die Kosten für erneuerbaren Strom sind daher wichtige Faktoren für die Markteinführung grünen Wasserstoffs.[2]
Wasserstoff aus Erdgas: So funktioniert die Dampfreformierung
Die Dampfreformierung ist das vielfach genutzte Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff auf Basis fossiler Ressourcen. Hier wird Erdgas zusammen mit Wasserdampf unter hohem Druck und bei großer Hitze umgesetzt. Dabei entstehen Wasserstoff und Kohlendioxid. Dieses Verfahren dominiert heute noch die weltweite industrielle Produktion und liefert sogenannten grauen Wasserstoff. Die Herstellung ist technisch ausgereift und vergleichsweise günstig, doch der entscheidende Nachteil liegt im Treibhausgasausstoß: Der Prozess setzt nennenswerte Mengen CO₂ frei und trägt damit erheblich zum Klimawandel bei.
Grün, grau, blau, türkis: Was bedeuten die Wasserstoff-Farben?
Die Diskussion um Wasserstoff dreht sich oft um Farbcodes, die im Wesentlichen einen schnellen Überblick über Ausgangsstoffe und Klimabilanz bieten sollen. Unter grünem Wasserstoff versteht man jenen, der mittels Elektrolyse aus Wasser und rein erneuerbarem Strom produziert wird – dies ist der einzige nahezu klimaneutrale Weg.[2] Grauer Wasserstoff wird dagegen aus Erdgas über Dampfreformierung gewonnen. Der dabei freigesetzte Kohlenstoff wird nicht gebunden, sondern gelangt als CO₂ direkt in die Atmosphäre. Blauer Wasserstoff ist technisch ähnlich wie grauer, allerdings werden dabei die bei der Reformierung entstehenden CO₂-Emissionen mit Hilfe der CCS-Technik (Carbon Capture and Storage) abgespalten und eingelagert. Türkiser Wasserstoff bezieht sich auf spezielle pyrolytische Verfahren, bei denen statt CO₂ fester Kohlenstoff entsteht. Diese Methoden sind theoretisch attraktiv, stehen jedoch in der breiten Anwendung noch ebenfalls vor wirtschaftlichen und technischen Hürden.
Klimabilanz: Warum die Energiequelle entscheidend ist
Die Klimabilanz der Wasserstoffproduktion wird in erster Linie durch den eingesetzten Energieträger bestimmt.[2] Entscheidend ist, ob der für die Elektrolyse nötige Strom tatsächlich aus erneuerbaren Quellen stammt. Andernfalls – etwa bei einem fossil dominierten Strommix – kann die vermeintlich saubere Elektrolyse ebenfalls indirekt erhebliche Emissionen verursachen. Bei der Dampfreformierung und anderen Verfahren auf Erdgasbasis sind die Emissionen ohnehin bereits im Prozess hoch und können nur durch Techniken zur CO₂-Abscheidung teilweise reduziert werden.
Energiebedarf und Wirtschaftlichkeit der Verfahren
Wasserstoffherstellung ist stets eine energieaufwändige Angelegenheit. Die Elektrolyse etwa hat einen Wirkungsgrad von etwa 60 bis 80 Prozent, was bedeutet, dass ein erheblicher Teil der eingesetzten Energie nicht im Wasserstoff gebunden wird, sondern als Abwärme verloren geht. Auch die Dampfreformierung benötigt viel Energie und setzt dabei automatisch CO₂ frei. Für die Wirtschaftlichkeit sind die Strompreise und die Skalierbarkeit der Elektrolysetechnik sowie die Kosten für erneuerbares Erdgas oder Transport und Speicherung von CO₂ bei den anderen Verfahren ganz entscheidend. Der heute noch hohe Preis für grünen Wasserstoff ist einer der Hauptgründe, warum aktuell die meisten Anlagen weiterhin auf fossilen Quellen basieren.
Vor- und Nachteile der Wasserstoffherstellung im Vergleich
Die Elektrolyse gilt als das nachhaltigste Verfahren, sofern ausschließlich erneuerbarer Strom eingesetzt wird. Sie bietet als Vorteil eine nahezu emissionsfreie Produktion mit sauberem Sauerstoff als Beiprodukt, ist jedoch teuer, solange erneuerbare Energie im großen Stil nicht günstig und zuverlässig verfügbar ist. Die Dampfreformierung punktet mit ausgereifter Technik und geringeren Anlagekosten, bringt jedoch eine schlechte Klimabilanz mit sich, solange CO₂ nicht vollständig gebunden werden kann. Technische Neuerungen wie die Methanpyrolyse oder CO₂-Abscheidungstechnologien sind vielversprechend, müssen aber wirtschaftlich erst Skalen- und Effizienzvorteile erreichen, bevor sie breite Anwendung finden.
Typische Probleme
Die größten Herausforderungen bei der Wasserstoffherstellung bestehen aktuell darin, dass nach wie vor der Großteil des weltweit produzierten Wasserstoffs aus fossilen Quellen stammt. Das widerspricht der angestrebten Klimaneutralität und unterstreicht, dass ein konsequenter Ausbau der erneuerbaren Energien notwendig ist, um Wasserstoff zu einem nachhaltigen Lösungsbaustein im Energiesystem zu machen.
Aktuelle Entwicklungen
In letzter Zeit werden von Politik und Industrie verstärkt Anstrengungen unternommen, Elektrolysekapazitäten auf Basis erneuerbarer Energien zu erweitern. Das Ziel ist, grünen Wasserstoff marktfähig zu machen, indem Anlagen gefördert, technische Standards entwickelt und Infrastrukturprojekte initiiert werden. Solche Entwicklungen sind gerade für export- und innovationsorientierte Volkswirtschaften – wie Österreich – ein wichtiger Standort- und Wettbewerbsvorteil.
Welche Rolle spielt Wasserstoff für die Wirtschaft?
Für viele Branchen ist Wasserstoff schon heute ein kritischer Rohstoff, zum Beispiel in der Chemieindustrie, bei Stahlherstellung oder Raffinerien. Langfristig kann die vollständige Dekarbonisierung dieser Industriezweige gelingen, wenn ausreichend grüner Wasserstoff zur Verfügung steht. Aber auch im Verkehrs- oder Energiesektor gibt es Potenziale – etwa als saisonaler Speicher oder als Brennstoff für Anwendungen, bei denen Elektrifizierung schwer umsetzbar ist. Die wirtschaftliche Skalierung der Wasserstoffproduktion wiederum hängt davon ab, wie rasch Ausbau, Netzintegration sowie Preisgestaltung für erneuerbare Energien und CO₂-Bepreisung vorankommen.
Abschluss und Ausblick
Wer sich mit Wasserstofftechnologie beschäftigt, erkennt schnell: Es kommt nicht nur darauf an, Wasserstoff technisch zu erzeugen, sondern wie klimafreundlich die gesamte Wertschöpfungskette gestaltet ist. Die Zukunft des Energieträgers entscheidet sich daran, wie schnell Stromerzeugung und Herstellungsverfahren wirklich grün werden. Für Österreich und Europa bedeutet das: Der Ausbau erneuerbarer Energien und die Entwicklung wirtschaftlicher Elektrolyseure sind Schlüsselelemente einer nachhaltigen, versorgungssicheren Wirtschaft. Nur so kann Wasserstoff das Leistungsversprechen für Klimaschutz, Innovation und industrielle Wettbewerbsfähigkeit einlösen. Wie rasch die Praxis Folgen zeigt, bleibt spannend – und wird maßgeblich die Energielandschaft der nächsten Jahrzehnte prägen.
Quellen
[2] Wie wird Wasserstoff hergestellt? Methoden im Überblick (energie-experten.org, 2023-12-11)
