Wie die Dekarbonisierung mit Wasserstoff gelingen kann

Wasserstoff wird der bedeutendste Rohstoff und Energieträger für eine klimaneutrale Industrie werden. Wichtig ist ein schneller Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft.

Wasserstoff, kurz H₂, ist das erste Element im Periodensystem. Jetzt soll er auch noch Primus der Energiewende werden ­– weil er einfach alles kann: Strom- und Gasnetze miteinander verknüpfen, große Mengen an Energie speichern und dort als Energieträger arbeiten, wo ein brennbares Gas statt Elektronen gefragt ist. In der Chemieindustrie wird er auch als Rohstoff weiterhin gebraucht, zum Beispiel für die Herstellung von Ammoniak und Methanol.

Grüner Wasserstoff, hergestellt mit Strom aus Wasser-, Wind- und Sonnenenergie, soll überall dort zum Einsatz kommen, wo der Umstieg von fossilen Brennstoffen auf Strom schwierig ist. Das ist zum Beispiel in der Stahlherstellung und in Teilen der chemischen Industrie der Fall. Langfristig könnte H₂ auch Schiffe, Flugzeuge und Lkw antreiben. Doch er ist keine Wunderwaffe, die überall wirkt.

Keine höheren Klimaziele ohne Wasserstoff

Der europäische Green Deal und die Novelle des deutschen Klimaschutzgesetzes machen grünen Wasserstoff noch begehrenswerter. Die Bundesregierung hält nationale Einsparungen von 65 Prozent bis 2030 statt der bislang vorgesehenen 55 Prozent für ein machbares und sinnvolles Zwischenziel auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Neben dem möglichst frühen Ausstieg aus der Kohleverstromung, dem Ausbau der erneuerbaren Energien und der Sanierung des Gebäudebestands hat dabei der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft für die Industrie oberste Priorität.

Wo ist Wasserstoff sinnvoll – und wo nicht?

Wenn die Wasserstoffwende gelingen soll, ist es entscheidend, in welchen Anwendungen H₂ zuerst zum Tragen kommt. Die Politik muss hier klare Vorgaben machen. Der Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft braucht vorausschauende energiepolitische Rahmenbedingungen. Diese sollten diejenigen Bereiche priorisieren, in denen auch mittel- und langfristig ein substanzieller Bedarf bestehen wird. Drei Kriterien für den Einsatz von Fördermitteln können deren effiziente Verwendung über den gesamten Prozess hinweg sicherstellen:

• Höchstmögliche CO₂-Minderung bereits bis 2030: Das erste Kriterium stellt sicher, dass sich Förderschwerpunkte dort herausbilden, wo bereits frühzeitig Bedarf besteht.
• Begrenzte Verfügbarkeit alternativer Technologien und Verfahren: Das zweite Kriterium zeigt auf, inwieweit die Nachfrage auf alternative Energieträger und Verfahren zurückgreifen kann. Je eher das der Fall ist, desto geringer werden Nutzer langfristig wasserstoffbasierte Anwendungen brauchen (und zu zahlen bereit sein). Die Förderung sollte sich also zunächst auf Bereiche fokussieren, in denen Alternativen nicht oder nur begrenzt erkennbar sind.
• Langfristig anhaltender Bedarf: Das dritte Kriterium schließlich präferiert Bereiche, in denen ein langfristiger Bedarf eine gleichbleibende Auslastung und verlässliche Zahlungsströme generiert.

In der Grundstoffindustrie sind alle drei Kriterien erfüllt. Hier besteht ein hoher Reinvestitionsbedarf bei langlebigen Anlagen. Gleichzeitig ist das Potenzial für andere Technologien eingeschränkt – vor allem die Elektrifizierung ist in vielen Bereichen keine Alternative. Nicht zuletzt generieren langfristige Investitionen in Anlagen und Infrastruktur eine stetige Nachfrage nach Wasserstoff.

In der Stahlherstellung werden beispielsweise bereits Direktreduktionsanlagen als Ersatz für Hochöfen pilotiert. Diese Anlagen werden nicht mit Kohle, sondern mit Gas betrieben. Solange noch nicht ausreichend klimaneutraler Wasserstoff verfügbar ist, kann auch Erdgas eingesetzt werden. Auch in der Chemie- und Metallindustrie können in den kommenden Jahren wasserstoffbetriebene Kessel zur Dampf- und Hochtemperaturerzeugung ältere Anlagen ersetzen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Zudem kann grüner Wasserstoff in der Grundstoffchemie grauen Wasserstoff als Rohstoff ersetzen.

Förderung muss klimaschädliche Investitionen verhindern

Generell gilt: Die Förderung sollte bei aktuell anstehenden Reinvestitionen wasserstoffverträgliche Geschäftsmodelle unterstützen und so verhindern, dass Unternehmen sich auf konventionelle, klimaschädliche Technologien festlegen. Auch sollte eine CO₂-Regulierung in der Zukunft keinesfalls zur vorzeitigen Entwertung dieser Investitionen führen. Investitionen, die heute als nachhaltig gelten, dürfen nicht plötzlich für nicht nachhaltig erklärt werden.

Im Mobilitätssektor hängen Sinn und Unsinn eines Umstiegs auf grünen Wasserstoff vom Grad der Elektrifizierung ab. Gabelstapler und Schlepper mit Wasserstoffantrieb sind bereits in Unternehmen unterwegs und können die Intralogistik klimaneutral machen. Für den Schwerlastbetrieb, Fernbusse und die Hochseeschifffahrt könnten wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen eine Lösung sein – allerdings werden auch Alternativen diskutiert. Beim Schwerlastverkehr ist ein Nebeneinander von Oberleitungs-Lkw, batterieelektrischen Fahrzeugen und Lkw mit Brennstoffzelle denkbar. Auch die Verlagerung auf die Schiene wird eine wichtige Rolle spielen.

Im Individualverkehr wird Wasserstoff in Zukunft dagegen eher keine zentrale Rolle spielen. Der batterieelektrische Pkw ist den meisten Studien zufolge mindestens zwei- bis dreimal effizienter als ein Brennstoffzellen-Auto. Auch für die Gebäudewärme (Heizung und Warmwasser) eignet sich eine elektrisch betriebene Wärmepumpe besser – sie ist fünfmal so effizient wie eine Brennstoffzelle.

Parallel zum Markthochlauf muss auch die Verfügbarkeit des kostbaren Energieträgers rasch erhöht werden. Es ist absehbar, dass in Deutschland hergestellter grüner Wasserstoff nicht ausreichen wird, um den Bedarf in den nächsten Jahren und vor allem ab 2030 zu decken. Aktuell sind Elektrolyseure mit weniger als 100 Megawatt in Betrieb. Fünf Gigawatt, 50-mal so viel, sollen es laut Nationaler Wasserstoffstrategie bis 2030 werden. Auch das würde allerdings bei Weitem nicht ausreichen. Wir bräuchten 2000-mal mehr Wasserstoff, als die deutschen Elektrolyseanlagen heute produzieren können.

Das liegt nicht allein daran, dass es zu wenig Elektrolyseure gibt. Es hakt schon beim Ökostrom, denn der wird in einer klimaneutralen Wirtschaft zur Energiequelle schlechthin. Auch batterieelektrische Fahrzeuge und Wärmepumpen brauchen in Zukunft viel zusätzlichen Ökostrom. Zuerst einmal bräuchten wir also neue Solaranlagen, Offshore-Windparks und viele zusätzliche Windräder an Land. Wenn die erneuerbaren Energien den Bruttostromverbrauch 2030 zu etwa 70 Prozent decken sollen, müssen ab 2021 rund 16 Gigawatt pro Jahr zusätzlich entstehen.