Farbfächer für Wasserstoff

Wasserstoff ist ein farbloses Gas, die Bezeichnungen grüner Wasserstoff oder blauer, grauer, türkiser Wasserstoff beziehen sich auf das Herstellverfahren und dessen Klimabilanz. Bild: pict rider - adobe stock

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.

Elektrolysemembran von Thyssenkrupp
Grüner Wasserstoff wird durch Wasserelektrolyse gewonnen, der Strom dafür kommt aus erneuerbaren Energien. Im Bild: Elektrolysemembran. Bild: Thyssenkrupp

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.

Dampfreformer für grauen Wasserstoff in Dormagen. Bild: Air Liquide
Dampfreformer für grauen Wasserstoff in Dormagen. Bild: Air Liquide

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.

Was ist türkisfarbiger Wasserstoff?

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.

Kohle
Bei der Herstellung von türkisem Wasserstoff wird Methan pyrolisiert und es entsteht fester Kohlenstoff. Bild: cmnaumann - fotolia

CT-Fokusthema Wasserstoff

(Bild: Corona Borealis – stock.adobe.com)

In unserem Fokusthema informieren wir Sie zu allen Aspekten rund um das Trendthema Wasserstoff.

 

  • Einen Überblick über die ausgewählten Artikel zu einzelnen Fragestellungen – von der Herstellung über den Transport bis zum Einsatz von Wasserstoff – finden Sie hier.
  • Einen ersten Startpunkt ins Thema bildet unser Grundlagenartikel.

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