7 Fragen zu Wasserstoff: Energie der Zukunft einfach erklärt

Wasserstoff ist das leichteste und häufigste Element im Universum. Sterne wie die Sonne bestehen zu großen Teilen aus ihm. Auf der Erde findet man Wasserstoff fast ausschließlich in gebundener Form als Teil größerer Verbindungen, etwa im Wasser oder in Erdgas. Für die Nutzung in Industrie, Verkehr oder Energiewirtschaft muss H₂ daher zunächst aufbereitet werden. Was Wasserstoff so interessant macht, ist die Tatsache, dass er pro Kilogramm etwa dreimal so viel Energie enthält wie Benzin und damit besonders attraktiv für Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf ist. Anwendungsfelder sind etwa die Luftfahrt oder der Schienenverkehr. 

Gleichzeitig nimmt Wasserstoff jedoch sehr viel Platz ein. Während ein Liter Benzin viel Energie speichert, enthält ein Liter Wasserstoffgas nur wenig Energie. Das bedeutet: Um genug Energie für praktische Anwendungen zu speichern, benötigt man entweder sehr große Behälter oder spezielle Techniken, um den Wasserstoff zu komprimieren oder zu verflüssigen. Diese besonderen Anforderungen machen die Speicherung und den Transport von Wasserstoff zu einer technischen Herausforderung.

Die Lagerung von Wasserstoff ist alles andere als trivial. Damit er transportfähig wird, muss er entweder unter sehr hohem Druck stehen oder auf -253 °C tiefgekühlt werden. Beides ist energieintensiv. Zusätzlich kann das extrem kleine Molekül durch feinste Leckagen entweichen. Selbst bei gut isolierten Tanks verdampft flüssiger Wasserstoff mit der Zeit. All das zeigt: Für eine leistungsfähige Wasserstoffwirtschaft reicht eine saubere Herstellung allein nicht aus. Erst wenn Technik, Infrastruktur und Energieeffizienz zusammenspielen, kann Wasserstoff sein Potenzial entfalten.

Wie klimafreundlich Wasserstoff ist, hängt davon ab, wie er hergestellt wird. Derzeit stammt der Großteil aus der sogenannten Dampfreformierung: Dabei wird fossiles Methan unter großer Hitze in Wasserstoff und CO₂ gespalten. Das Verfahren ist technisch erprobt und vergleichsweise günstig, aber alles andere als nachhaltig. Pro erzeugter Tonne Wasserstoff entstehen dabei rund zehn Tonnen Kohlendioxid, das ungenutzt in die Atmosphäre gelangt.

Deutlich umweltfreundlicher ist die Elektrolyse. Hier wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Stammt dieser Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind oder Sonne, gilt der erzeugte Wasserstoff als klimaneutral. Allerdings ist das Verfahren energieintensiv, weshalb der Ausbau der erneuerbaren Energien eine zentrale Voraussetzung ist.

Wasserstoff wird nach seiner Herstellungsart in verschiedene "Farben" eingeteilt, die Aufschluss über die Klimawirkung geben. Grüner Wasserstoff gilt als klimaneutral, da er mit Ökostrom per Elektrolyse erzeugt wird. Grauer Wasserstoff aus Erdgas hat eine schlechte Klimabilanz, blauer Wasserstoff speichert das entstehende CO₂ ab. Türkiser Wasserstoff spaltet Methan zu festem Kohlenstoff, rosa Wasserstoff nutzt Atomstrom, weißer kommt natürlich vor und schwarzer oder brauner stammt aus Kohle. Die Farben geben erste Anhaltspunkte zur Umweltwirkung, doch die tatsächliche Klimabilanz hängt vom jeweiligen Gesamtkontext ab.

Ob Industrie, Verkehr oder Gebäude: Wasserstoff kann fast überall fossile Brennstoffe ersetzen. In der Stahlindustrie minimiert er den Einsatz von Kohle, in der Chemie dient er als Grundstoff für Ammoniak. Im Verkehrssektor kommt Wasserstoff bereits in Bussen, Zügen und Nutzfahrzeugen zum Einsatz und spielt seine Stärken insbesondere im Schwerlastverkehr aus. Auch in der Luftfahrt gilt Wasserstoff als Hoffnungsträger, wo er als Treibstoff, Energiespeicher oder in hybriden Antriebssystemen zum Einsatz kommt. Abseits industrieller Anwendungen lässt sich Wasserstoff sinnvoll nutzen, etwa im Gebäudesektor, wo er ins bestehende Gasnetz eingespeist oder direkt zum Heizen genutzt werden kann. Denn während Sonne und Wind wetterabhängig Strom liefern, kann Wasserstoff Energie zwischenspeichern. Bei Bedarf lässt sich H₂ wieder in Strom umwandeln und stabilisiert so das Netz.

Die technischen Möglichkeiten sind heute schon beeindruckend. Der tatsächliche Beitrag zur Energiewende hängt jedoch maßgeblich von den politischen Rahmenbedingungen ab. Die Bundesregierung hat deshalb im Juli 2023 eine überarbeitete Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Bis 2030 soll die Elektrolysekapazität auf zehn Gigawatt steigen. Doch Stand heute ist davon erst ein Bruchteil installiert. Noch immer ist grüner Wasserstoff teuer. Die Produktion erfolgt meist im kleinen Maßstab, und die Infrastruktur befindet sich im Aufbau. Materialkosten, Sicherheitsanforderungen und logistische Herausforderungen treiben die Preise zusätzlich in die Höhe. 

Damit die Wasserstoffwirtschaft Fahrt aufnimmt, braucht es auch gut ausgebildete Fachkräfte. Laut einer Prognose des Fraunhofer IAO könnten bis 2030 allein in Deutschland mehr als 70.000 zusätzliche Fachkräfte benötigt werden. Gesucht werden vor allem Expert:innen, die komplexe technische Systeme nicht nur bedienen, sondern auch entwickeln, regulieren und wirtschaftlich bewerten können. Besonders gefragt sind interdisziplinäre Qualifikationen an der Schnittstelle von Ingenieurwissenschaften, Energiewirtschaft, Digitalisierung und Regulierung. Entsprechend investieren Regionen, Unternehmen und Bildungsanbieter gezielt in Aus- und Weiterbildung. 

Ein Beispiel ist das zertifizierte Wasserstoff-Ausbildungsprogramm von Brunel. Das achtmonatige Weiterbildungsprogramm richtet sich gezielt an Ingenieur:innen und Jurist:innen und fördert neben technischem Know-how entlang der gesamten Wertschöpfungskette auch die Fähigkeit, rechtliche und wirtschaftliche Rahmenbedingungen zu meistern. So entstehen aus den Fachkräften von heute die Wasserstoff-Spezialist:innen von morgen, optimal vorbereitet auf die Energiewende und bereit, aktiv an ihr mitzuwirken.