Willkommen im Wasserstoff-Zeitalter!



Wir stehen am Anfang des Wasserstoff-Zeitalters. In den nächsten Jahren wird Wasserstoff in unserem Energiesystem eine ganze Reihe von Aufgaben übernehmen, zum Beispiel in der Industrie, in der Wärmeversorgung oder in der Mobilität. Die deutsche Energiewirtschaft leistet auf vielen Gebieten wertvolle Beiträge, um das Durchstarten von Wasserstoff möglich zu machen.

Warum eigentlich Wasserstoff?

KLIMANEUTRALE ERZEUGUNG
Wasser­stoff kann kliman­eutral erzeugt werden. Über das Power-to-Gas-Ver­fah­ren kann er in Elektro­lyseuren mit­hilfe von erneuer­barem Strom her­ge­stellt werden. Rund 40 solcher Anlagen gibt es bereits in Deutsch­land. Bis genügend Elektro­lyseure gebaut sind, kann blauer oder tür­kiser Wasser­stoff aus Erd­gas nahezu kliman­eutral pro­du­ziert werden und bereitet den Weg in das Wasser­stoff-Zeitalter.


SPEICHER- UND TRANSPORTIERBAR
Bis zu 70 TWh Wasser­stoff lassen sich schon heute problem­los in dem über 540.000 Kilo­meter langen Gas­netz trans­portieren. Diese bestehende leistungs­fähige Infras­truktur lässt sich Schritt für Schritt für noch größere Mengen an Wasser­stoff umrüsten. Auch der Import von grünem Wasser­stoff aus anderen Ländern, kann durch das Gas­netz ermöglicht werden.

GROSSES POTENZIAL ZUM KLIMASCHUTZ

Wasser­stoff kann schritt­weise die fossilen Ener­gie­träger in der Indus­trie, im Verkehr und in der Wärme­ver­sorgung ersetzen. Moderne Gas­heiz­ungen können bereits heute bis zu 20 Prozent Wasser­stoff-Anteil ver­arbeiten. Da­durch ergeben sich enorme CO2-Ein­spar­poten­ziale, die wir nutzen müssen, wenn wir das Ziel Klima­neu­trali­tät bis 2045 er­rei­chen wollen.

WASSERSTOFF IN DER GASINFRASTRUKTUR

Die Einspeisung von reinem Wasserstoff ins Erdgas-Netz ist nicht neu: Bis Mitte des 20. Jahrhunderts waren dem damaligen Stadtgas gut 50 Prozent Wasserstoff beigemischt – Stadtwerke und Netzbetreiber blicken somit auf langjährige Erfahrungen zurück.

Eine eigene flächendeckende Infrastruktur für Wasserstoff bspw. mit Verteilernetz, Speichern und Tankstellen gibt es nicht. Und es braucht auch keine, da es bereits das bundesweite Gas-Netz gibt, das auch dem Wasserstoff zur Einspeisung und Speicherung zur Verfügung steht. Wie Erdgas kann Wasserstoff unter hohem Druck zusammengepresst oder in flüssiger Form gespeichert werden. Das über 500.000 Kilometer lange Gas-Netz und die existierenden Gas-Speicher bieten gewaltige Speichermöglichkeiten für regenerativ erzeugten Wasserstoff. Dies unterstreicht das Potenzial für grünes Gas in Deutschland, denn schon ein Anteil von 1 Prozent Wasserstoff am jährlichen deutschen Gas-Verbrauch entspricht einem Energiegehalt von 9,3 TWh.

Die Gas-Infrastruktur ist das einzige schon jetzt verfügbare Speichersystem in Deutschland, das diese Menge an Energie aufnehmen und auch wieder abgeben kann – es ist schon heute wasserstoffkompatibel. Zudem verbindet die Gas-Infrastruktur alle Sektoren – Industrie, Haushalt, Gewerbe und Verkehr – miteinander.


WASSERSTOFF-DREHKREUZ FÜR EUROPA

Mit der Gas-Infrastruktur ist bereits das Fundament für eine erfolgreiche Wasserstoffzukunft gelegt. Richtig umgesetzt, kann die Nationale Wasserstoffstrategie Deutschland zum europäischen Wasserstoff-Drehkreuz machen. Die Gas-Branche steht bereit, um gemeinsam mit Politik und Energiepartnern einen internationalen Markt für Wasserstoff auszubauen.


ANFORDERUNGEN AN DIE LEITUNGSINFRADTRUKTUR FÜR EINE WASSERSTOFFWIRTSCHAFT

Die heute an das Gas-Netz angeschlossenen Kunden sowie weitere potenzielle Kunden haben unterschiedliche Anforderungen an den darin transportierten Energieträger. Diese reichen vom Wunsch nach 100 Prozent Wasserstoff bis hin zu 100 Prozent Methan. Die Gas-Infrastruktur ist in der Lage auf diese Anforderungen zu reagieren bzw. darauf eingestellt zu werden. Dabei kommen unterschiedliche Möglichkeiten zum Tragen, die je nach Notwendigkeit gewählt werden können. Prinzipiell muss im Hinblick auf die Leitungsinfrastruktur zwischen Fernleitungsnetzen und Verteilnetzen unterschieden werden. Während in Verteilnetzen in Abhängigkeit der angeschlossenen Verbraucher eine Zumischung möglich erscheint, sollten Fernleitungsinfrastrukturen für methanhaltige Gase (Erdgas, Biomethan, synthetisches Methan) sowie Wasserstoff weitestgehend getrennt betrieben werden.  

Durch die Beimengung von Wasserstoff in Gas-Verteilnetzen verändern sich die brennstofftechnischen Eigenschaften des Gases. Darüber hinaus beeinflussen Wasserstoffbeimengungen chemische Prozesse, für die heute Erdgas stofflich verwendet wird. Auswirkungen von Wasserstoff auf die Gasbeschaffenheit sind insbesondere für die Chemie-, Stahl-, Glas- und Ziegelindustrie relevant. Neben den statischen Beimischungswerten wirken sich vor allem schnelle Schwankungen der Erdgasbeschaffenheit störend auf sensible Prozesse aus. In von sensiblen Verbrauchsanlagen betroffenen Gasnetzbereichen sollte insbesondere die stark fluktuierende Beimischung von Wasserstoff begrenzt werden. Beispielsweise können im Falle einiger bestehender sensibler Industrieanlagen bereits Wasserstoffkonzentrationen i. H. v. 2 Vol.-% einen sicheren Anlagenbetrieb verhindern. Gleichwohl sollte die Infrastruktur selbst als sehr langlebiges Asset bereits frühzeitig für unterschiedliche Gasbeschaffenheiten bereit gemacht werden. In Bereichen ohne sensible Anwendungen, insbesondere im klassischen Gebäudewärmebereich im Verteilnetz, sind bereits heute im Bestand höhere und stärker schwankende Wasserstoffgehalte möglich und können zunehmend erschlossen werden.  

Darüber hinaus muss der Aufbau reiner Wasserstoff-Infrastrukturen auf Fernleitungsebene vorangetrieben werden. Dazu ist die Nutzung bestehender Infrastrukturen volkswirtschaftlich effizient und wirkt akzeptanzfördernd. Letzteres gilt auch für die Nutzung der bereits vorhandenen Verteilnetze, die ggf. über wachsende Beimischungen für klimaneutralen Wasserstoff erschlossen und genutzt werden können.

Die deutschen Fernleitungsnetzbetreiber haben bereits einen Vorschlag für ein deutsches Wasserstoffnetz vorgelegt. Das Konzept sieht vor, Regionen zur potenziellen Wasserstofferzeugung mit den großen Verbrauchern von Wasserstoff durch die Nutzung bestehender Gas-Fernleitungen zu verbinden. Das visionäre H2-Netz umfasst 5.900 Kilometer und setzt zu 90 Prozent auf dem bestehenden Gas-Netz auf. In Reichweite dieses H2-Netzes befinden sich:  

  • Kavernenspeicher für die potenzielle Nutzung als Wasserstoffspeicher
  • industrielle Abnehmer wie z. B. die chemische Industrie
  • lokale Wasserstoffnetze
  • große Ballungsräume, die durch die Beimischung von Wasserstoff in die regionalen Verteilnetze CO2-Minderungen im Wärmemarkt realisieren können
  • rund 80 Prozent des Fahrzeugbestands und Teile des nicht elektrifizierten Schienenverkehrs, um einen Beitrag zur Verkehrswende zu ermöglichen
  • Regionen mit hohem Aufkommen erneuerbarer Energien zu Wasserstofferzeugung
  • mögliche Importstandorte für Wasserstoff

Um Antworten auf offene Fragen zu finden, wie die Herausforderungen sich künftig ändernder Gasbeschaffenheiten, beispielsweise durch Wasserstoffbeimischungen in Gasnetzen, gelöst werden können, sind Industrie und Gaswirtschaft im engen Austausch.


ERZEUGUNG VON WASSERSTOFF

Wasserstoff kommt in ungebundener Form auf der Erde nahezu nicht vor. Genauso wie Strom ist er eine Sekundärenergie und muss mithilfe von Rohstoffen und Energie erzeugt werden. Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung präferiert einzig die Erzeugung von grünem Wasserstoff. 

Weitere Technologien zur Erzeugung von Wasserstoff sind vorhanden, praxiserprobt und langfristig wirksam. Die großen künftig benötigten Mengen an Wasserstoff verbieten daher den Ausschluss geeigneter Technologien. Bislang fokussiert die politische Diskussion stark auf die Wasserelektrolyse.

Bislang fokussiert die politische Diskussion stark auf die Wasserelektrolyse. Alternative Wasserstoffquellen, wie z. B. Chlor-Alkali-Elektrolyse, Methan-Pyrolyse sowie Dampfreformierung mit dem Einsatz von Biomethan und/oder CCS/CCU-Technologien (Speicherung/Nutzung des entstehenden Kohlenstoffdioxids bzw. Kohlenstoffs) sollten Wasserelektrolyseuren regulatorisch gleichgestellt und nicht diskriminiert werden. Besonders zur Erreichung kurzfristiger Klimaziele spielen CCS/CCU-Technologien sowohl aufgrund des hohen künftigen Wasserstoffbedarfs als auch aus Kostengründen insbesondere für den Markthochlauf eine bedeutende Rolle. Dies gilt analog für die Methanisierung kurzfristig nicht vermeidbarer CO2-Emissionen aus industriellen Restgasen. Grundsätzlich sind durchweg technologieoffene Ansätze zu wählen, auch um die Berücksichtigung künftiger technologischer Entwicklungen nicht zu blockieren.


VERSCHIEDENE TECHNOLOGIEROUTEN FÜHREN ZU KlIMANEUTRALEM WASSERSTOFF

Ein in der Industrie oft verwendetes Herstellungsverfahren ist die Dampf-Reformation von Erdgas oder Kohlenwasserstoffen aus anderen Quellen. Durch CCS gelangt das bei der Produktion anfallende CO2 nicht in die Atmosphäre.

Klimafreundlicher Wasserstoff kann durch die Power-to-Gas-Technologie erzeugt werden, da Erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. Das Power-to-Gas-Verfahren ermöglicht eine anschließende Methanisierung, mit der sich aus dem Wasserstoff nachgelagert regeneratives Gas erzeugen lässt. Dieses wie auch der regenerativ erzeugte Wasserstoff können in das vorhandene Gas-Netz eingespeist, transportiert und gespeichert werden. Um die Entwicklung und Forschung voranzutreiben, fördert der Bund Wasserstoff vielfältig, bspw. über Förderprojekte zur Optimierung von Power-to-Gas und Brennstoffzellen.

Eine Möglichkeit für die Dekarbonisierung von Erdgas ist die sogenannte Methan-Pyrolyse. Dieser Prozess ermöglicht es der energieintensiven Industrie, ihre CO2-Emissionen schon bei der Herstellung einer der Kernkomponenten auf ein Minimum zu reduzieren.