Welche Farben hat Wasserstoff?

Die Farben bei der Bezeichnung von Wasserstoff stehen nicht für spektrale Absorptionseigenschaften und sichtbares Licht, sondern geben Auskunft über die Art der Produktion. Der weitere Umgang – etwa zum Transport von Wasserstoff per Pipeline – unterscheidet sich nicht.

Das chemische Element Wasserstoff ist ein ganz besonderes Atom. Nicht nur, weil Wasserstoff das häufigste chemische Element im Universum überhaupt ist, sondern weil es die lebenswichtigsten Verbindungen prägt: Wasser und alle organischen Stoffe. Als extrem reaktives Element kommt Hydrogenium – so der griechische Name, der dem chemischen Element das Symbol „H“ leiht – in der Natur nur gebunden vor. Das Wasserstoffmolekül H₂ muss unter mehr oder weniger großem Energieeinsatz aus wasserstoffreichen Verbindungen abgespaltet werden. Diese Eigenschaft prädestiniert das farblose Gas gleichzeitig als Energieträger: Mit 33,3 kWh/kg hat Wasserstoff einen fast dreimal so hohen Heizwert wie Heizöl oder Erdgas. Dies macht grünen Wasserstoff auch so interessant als Ersatz für fossile Brennstoffe. Zu den verschiedenen Einsatzgebieten lesen Sie hier mehr.

Was ist grüner Wasserstoff?

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Die Energie dafür stammt bei grünem Wasserstoff ausschließlich aus Strom, der aus Wind, Wasserkraft, Photovoltaik und generell erneuerbaren Ressourcen gewonnen wird. Die eingesetzte Energie wird bis auf geringe verfahrensbedingte Verluste im Wasserstoff gespeichert. Bei der Produktion entsteht kein Kohlendioxid.

Bei der Herstellung von Wasserstoff lassen sich vier Elektrolyse-Technologien unterscheiden. Die "klassische" und seit über einem Jahrhundert eingesetzte Variante ist die die alkalische Elektrolyse (AEL). Ebenfalls bereits kommerziell im Einsatz, aber deutlich später, ist die Proton-Austausch-Membran-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane – PEM). Weitgehend in der Entwicklung befinden sich noch die die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEM) und die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE oder HTEL).

Die Produktion von grünem Wasserstoff ist derzeit noch teurer als die konventionellen Herstellungsmethoden. Mehr zu den Kosten und deren zukünftigen Entwicklung lesen Sie in diesem Artikel.

Was ist grauer Wasserstoff?

Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Meist wird dazu Erdgas in einem Dampfreformer in Wasserstoff und CO₂ umgewandelt. Das entstehende Kohlendioxid wird über den Schornstein in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen zirka 10 Tonnen CO₂. Stammt das eingesetzte Methan aus Biogas und wird der Dampfreformer mit erneuerbaren Energien betrieben, dann ist der Prozess wiederum in seiner Gesamt-Bilanz CO₂-neutral und das Produkt grüner Wasserstoff.

Was ist blauer Wasserstoff?

Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen Kohlendioxid bei der Entstehung abgeschieden und gespeichert wird. Man spricht von CCS - Carbon Capture and Storage. Mögliche Lagerstätten sind leere Erdöl- oder Erdgaslagerstätten oder salzwasserführende Grundwasserleiter (Aquifere). Blauer Wasserstoff kann an Punktquellen wie fossilen Kraftwerken oder großen Chemieanlagen eine Option sein. Weil das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO₂ bei dieser Spielart nicht in die Atmosphäre gelangt, ist die Produktion von blauem Wasserstoff im Hinblick auf die Klimawirksamkeit CO₂-neutral.

Türkiser Wasserstoff wird durch die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt. Weil die Reaktion unter Ausschluss von Sauerstoff abläuft, entsteht kein Kohlendioxid, sondern fester Kohlenstoff. Damit das Verfahren tatsächlich CO₂-neutral arbeitet, muss der Hochtemperaturreaktor mit erneuerbaren Energien beheizt werden. Zudem darf der entstehende Kohlenstoff nicht verbrannt, sondern muss gelagert oder in Werkstoffen bzw. der Bauindustrie eingesetzt werden.

Nach der Herstellung des Wasserstoffs muss dieser, unabhängig von der Farbe, an den Einsatzort gebracht werden. Wie dies in Zukunft in einem eigenen Wasserstoffnetz geschehen kann, haben wir hier zusammengefasst.

Roter Wasserstoff wird genau wie grüner mittels der Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dabei stammt der benötigte Strom statt aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind, Wasser und Sonne aus Atomkraftwerken. Demnach entsteht bei der Produktion zwar kein CO₂, aber da Uran ein endlicher Energieträger ist und der Rückbau von Atomkraftwerken sowie die Endlagerung des entstehenden Atommülls sich als schwierig erweist, ist diese Form der Herstellung umstritten. Manche Quellen ordnen Wasserstoff der mit Atomstrom hergestellt wird statt rot die Farbe violett zu.

Orangener Wasserstoff entsteht meist durch Elektrolyse für die der Strom von Bioenergie – in Form von Biomethan, Biokraftstoff, Biomasse oder Biogas – herrührt, die in der Regel aus Abfällen und Reststoffen stammt. Somit ist die CO₂-Bilanz des orangenen Wasserstoffs irgendwo zwischen dem grauen und dem grünen Wasserstoff anzuordnen, da Biokraftstoffe, die Treibhausgase, die sie gebunden haben, freisetzen sobald sie verbrannt werden. Trotzdem werden weniger Treibhausgase als beim Verbrennen fossiler Energieträger frei.

Mit Energie aus biologischen Abfällen und Reststoffen lässt sich nicht nur Wasserstoff herstellen sondern auch nachhaltige Flugkraftstoffe oder E-Fuels.

Man könnte sagen, weißer Wasserstoff sei die Mutter aller Wasserstoff-Farben, denn es ist der einzige, der natürlich vorkommt, ohne dass es einen menschengemachten Herstellungsprozess braucht. Als weißer Wasserstoff wird dasjenige Gas bezeichnet, das in unterirdischen Gesteinsschichten lagert. Da es aus seinen Lagerstätten hauptsächlich durch Fracking gewonnen werden kann, ist die CO₂- und Umweltbilanz dennoch eher schlecht.