Was bedeuten die Farben von Wasserstoff?
Grün, grau oder blau – Wasserstoff gibt es in den verschiedensten Farben. Was bedeuten diese und mit welchem Wasserstoff lassen sich die Klimaziele am besten erreichen? Wir geben die Antworten zu den wichtigsten Fragen rund um den Treibstoff, Stromspeicher und Energieträger der Zukunft.
Wasserstoff gilt als Treibstoff, Stromspeicher oder Energieträger der Zukunft, sofern er die richtige Farbe besitzt.
Foto: PantherMedia / Alexander kirch
Wasserstoff gilt als Treibstoff, Stromspeicher oder Energieträger der Zukunft. Das funktioniert aber nur, wenn die Herstellung klimafreundlich und ressourcenschonend geschieht. Es hat sich eingebürgert, den Wasserstoff je Herstellungsart mit Farben zu versehen, so gibt es zum Beispiel grünen, blauen oder grauen Wasserstoff. Auch wenn das Element an sich farblos ist. Was die einzelnen Farben bedeuten, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Inhaltsverzeichnis
Weißer Wasserstoff
Natürlicher Wasserstoff, auch als weißer Wasserstoff bekannt, schlummert tief in der Erde – quasi der Schatz im Untergrund. Weil er von Mutter Natur schon fertig geliefert wird und keine aufwendige Produktion benötigt, trägt er manchmal den fast poetischen Namen „goldener Wasserstoff“. Meistens taucht er in Gesellschaft von fossilen Kohlenwasserstoffen und Helium auf und lässt sich mit Techniken wie Fracking fördern.
Interessanterweise findet man ihn nicht nur dort, wo Erdöl gefördert wird, sondern auch in Gesteinen außerhalb der üblichen Sedimentbecken. Seine Existenz wurde erstmals in den 1970er Jahren bei Ausgasungen hydrothermaler Systeme festgestellt – quasi ein heißer Tipp direkt aus dem Erdinneren. Wie genau dieser weiße Wasserstoff entsteht und sich durch die Erdkruste bewegt, ist allerdings noch wenig erforscht. Erst in den letzten Jahren hat man begonnen, diesem mysteriösen Stoff intensiver auf den Grund zu gehen.
Lesen Sie dazu unseren Beitrag: Goldgräberstimmung: auf der Suche nach verstecktem Wasserstoff in der Erde
Grauer Wasserstoff
Grauer Wasserstoff macht derzeit weltweit einen Großteil des erzeugten Wasserstoffs aus, auch in Deutschland sind es etwa 40 Prozent. Weitere 50 Prozent werden aus fossilen Quellen als Nebenprodukt von Raffinerie- und Chemieprozessen gewonnen. Grauer Wasserstoff entsteht durch Dampfreformierung fossiler Brennstoffe wie Erdgas oder Kohle. Als Nebenprodukt wird bei der Herstellung Kohlendioxid freigesetzt.
Chemisch betrachtet wird Erdgas in H2 und CO2 aufgespalten. Leider in einem Verhältnis 1: 10, heißt: pro Tonne gewonnenen Wasserstoff werden zehn Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre gepustet. Wird der Wasserstoff aus Braunkohle hergestellt, wird mitunter auch von braunem Wasserstoff gesprochen, bei Verwendung von Steinkohle von schwarzem Wasserstoff.
Grüner Wasserstoff
Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen. Dabei wird Wasser (H2O) unter Strom gesetzt, wodurch er sich in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) teilt. Der dafür benötigte Strom kommt komplett aus erneuerbaren Energien wie Photovoltaik oder Windkraft. Noch macht er einen geringen Teil der Wasserstoffproduktion aus, in der Zukunft soll sich das jedoch ändern.
Wo ist der Haken? Aktuell gibt es noch zu wenig Strom aus erneuerbaren Energien, zudem ist die Herstellungsmethode (noch) nicht wirtschaftlich. Es wird damit gerechnet, dass sich die Effizienz in Zukunft bei etwa 70 Prozent einpendeln wird. Das heißt: etwa 70 Prozent der Energie, die für die Elektrolyse aufgewendet wird, wird in Wasserstoff gebunden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geht sogar davon aus, dass Wirkungsgrade von mehr als 80 Prozent möglich sind.
Blauer Wasserstoff
Die Herstellung von blauem Wasserstoff funktioniert wie bei grauem Wasserstoff: Es wird Wasserstoff von Methan (CH4) abgespalten mit dem Nebenprodukt CO2. Das Kohlendioxid wird allerdings nicht in der Atmosphäre entsorgt, sondern im Untergrund verpresst. Das ist im Grunde klimafreundlich, sofern das verpresste CO2 für immer weg ist und nicht wieder an die frische Luft gelangt.
Das wird jedoch bezweifelt, eine US-Studie kam zu dem Ergebnis, dass die Treibhausemissionen nur neun bis zwölf Prozent geringer als bei grauem Wasserstoff seien. Eine andere Studie kommt indes zu dem Ergebnis, dass blauer Wasserstoff in etwa die gleichen Emissionen verursacht wie grüner. Was jetzt stimmt? Schwer zu sagen. Klar ist, dass bei der Herstellung Kohlendioxid frei wird, was bei grünem Wasserstoff nicht der Fall ist. Das sollte das Ziel sein, blauer Wasserstoff kann als Brückentechnologie durchaus hilfreich sein, bis die Herstellung von grünem wirtschaftlich ist.
Türkiser Wasserstoff
Wie blauer oder grauer Wasserstoff wird auch türkiser Wasserstoff aus Erdgas hergestellt. Allerdings entsteht als Nebenprodukt kein Kohlenstoffdioxid, sondern fester Kohlenstoff. Möglich macht dies ein spezielles Verfahren: die Methanpyrolyse. Es erfolgt unter Ausschluss von Sauerstoff, so dass Kohlenstoff in seiner festen Form übrigbleibt. Das Verfahren ist jedoch noch nicht so weit entwickelt, dass abzusehen ist, wann es für eine industrielle Produktion von türkisem Wasserstoff reicht und was es kosten wird.
Fester Kohlenstoff ist ein Granulat, das zum Beispiel in alten Bergwerksstollen sicher gelagert und später wiederverwendet werden kann. Er kann zum Beispiel in der der Stahl- und Kohlefaserproduktion, in der Zementindustrie oder bei der Batteriefertigung verwendet werden. Wenn die zur Methanpyrolyse benötigte Energie aus erneuerbaren Energien stammt, ist die Erzeugung von türkisem Wasserstoff klimaneutral. Allerdings wird dafür heute oft noch Erdgas verwendet.
Gelber Wasserstoff
Gelber Wasserstoff wird wie grüner Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen. Der Strom dafür stammt aus dem derzeit verfügbaren Strommix. Er ist somit nicht klimaneutral, da ein Großteil unseres Stroms in Gaskraftwerken erzeugt wird.
Violetter Wasserstoff
Auch hier wird der Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser gewonnen. Dabei kommt ausschließlich Atomstrom zum Einsatz. Kohlendioxid wird dadurch zwar keine frei, doch Atomkraft hat zumindest in Deutschland keine Zukunft mehr. Aus Frankreich können wir jedoch nach wie vor violetten Wasserstoff beziehen.
Wasserstoff lässt sich auf verschiedene Weise produzieren, wirklich klimaneutral ist nur grüner Wasserstoff.
Foto: BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft
Welche Wasserstofffarbe ist die Beste?
Wasserstoff wird eine wichtige Rolle bei der Energiewende zukommen. In Wasserstoff lässt sich jede Menge Energie speichern – auch der Transport ist einfach möglich. Sein Einsatz ermöglicht, Deutschlands Industrie sowie den Lkw-, Schiff- und Flugverkehr klimaschonend umzugestalten. Voraussetzung dafür ist, dass wir einen Wasserstoff verwenden, der klimaneutral hergestellt wird. Hier ist nur grüner Wasserstoff uneingeschränkt zu empfehlen.
„Grüner Wasserstoff ist ein wichtiger Schlüssel für eine klimaneutrale Wirtschaft. Gerade in der Industrie wird der Bedarf an grünem Wasserstoff schnell sehr hoch sein. Deshalb ist es das Ziel der Bundesregierung, den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft deutlich zu beschleunigen. Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, ein weltweit führender Hersteller von Technologien zur Wasserstofferzeugung, -speicherung, -nutzung und -transport zu werden.“ Bundesminister für Wirtschaft und Klimaschutz Robert Habeck
Es gibt jedoch einen großen Haken bei grünem Wasserstoff: Die Herstellung heute noch teuer im Vergleich zu grauem Wasserstoff. Mit steigenden Erdgas-Preisen gleicht sich das jedoch immer mehr an. Allerdings fehlt es in Deutschland noch stark an Strom aus erneuerbaren Energien. Andere Länder wie Norwegen mit ihren Wasserkraftwerken oder Länder mit vielen Sonnenstunden sind hier im Vorteil.
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