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Autoren
OldBo
13.02.2024
Wasserstoff ist das leichteste der chemischen Elemente und kommt als atomarer Wasserstoff unter normalen Bedingungen auf der Erde nicht vor.
Wasserstoffbedarf
 Wasserstoffbedarf
Quelle: Hydrogen Council, Hydrogen Scaling up
Wasserstoffatlas
 Wasserstoffatlas
Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Wasserstoff ist das leichteste der chemischen Elemente und kommt als atomarer Wasserstoff unter normalen Bedingungen auf der Erde nicht vor. Hier liegt Wasserstoff in der dimerisierten Form als molekularer Wasserstoff H2 vor. Es ist ein hochentzündliches, farb- und geruchloses Gas. Wasserstoff ist Bestandteil des Wassers (H2O) und fasst aller organischen Verbindungen.

Beim Mischen mit Luft zu 4 bis 76 Volumenprozent (Vol.-%) Wasserstoff entsteht Knallgas, das bereits durch einen wenig energiereichen Funken zur Explosion gebracht werden kann. In einem ausgewogenen Mischungsverhältnis von O2 und H2 kann eine Knallgasexplosion verheerende Wirkung haben.

Die Herstellung des molekularem Wasserstoffs (H2) kann mit verschieden Methoden aus Kohlenwasserstoffen (Erdöl, Erdgas, Kohle), Biomasse und die Elektrolyse von Wasser erfolgen. Bei der Elektrolyse wird Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.

                       2 H2O  =>  2 H2 + O2

Eigenschaften:
Wasserstoff ist nicht giftig, ätzend oder radioaktiv
Wasserstoff verunreinigt kein Wasser
Wasserstoff schädigt weder Natur noch Umwelt
Wasserstoff verfügt gegenüber Erdgas und Heizöl über die höchste Energiedichte pro Kilogramm (Wasserstoff 33,3 kWh/kg, Erdgas 13,9 kWh/kg, Heizöl 11,4 kWh/kg)
Wasserstoff kann CO2-neutral erzeugt und verbrannt werden und ist damit absolut klimafreundlich

Serienreife Verfahren zur Wasserstoffherstellung
        · Elektrolyse (Spaltung von Wasser)
        · Biowasserstoff (Vergasung, Vergärung)
        · Photosynthese (Wasserstoff aus Grünalgen)
        · Dampfreformer (Erdgas)
        · Partielle Oxidation (Ölvergasung)
        · Autotherme Reformer (Methanolreformierung)

Die Wasserstoffnutzung erfolgt dann in Brennstoffzellen, Wasserstoffbrennern, katalytischen Brennern, BHKW's (Motor), Verbrennungsmotoren (PKW, LKW) und Gasturbinen (Flugzeug) eingesetzt werden.

Weißen Wasserstoff scheint es genügend zu geben. Ein erfreulicher Faktor dabei ist, dass natürlicher Wasserstoff nicht nur sauber, sondern auch erneuerbar sein könnte. Natürlicher Wasserstoff entsteht immer wieder aufs Neue, wenn unterirdisches Wasser mit Eisenmineralien bei hohen Temperaturen und hohem Druck reagiert. Er wurde in zahlreichen Gesteinen in Gebieten jenseits der Sedimentbecken gefunden, in denen Erdöl abgebaut wird.
Durch Verfahren wie Fracking können die natürlichen Wasserstoffvorkommen gewonnen werden, was dann aber diese Farbe im Umkehrschluss teilweise nicht klimaneutral macht. Die Wissenschaft ist sich hierbei jedoch noch unschlüssig, vor allem mit Blick auf Umweltbilanz oder Nutzungspotenzial.

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Der dazu benötigte Strom kommt ausschließlich aus erneuerbaren Energien. Dadurch ist diese Wasserstofferzeugung CO2-frei.

Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung zumeist aus Erdgas produziert. Das dabei entstandene CO2 entweicht in die Atmosphäre, was den Treibhauseffekt verstärkt.

Blauer Wasserstoff wird wie grauer Wasserstoff gewonnen. Jedoch wird das entstehende CO2 gespeichert und gelangt nicht in die Atmosphäre. Damit kann auch diese Art der Wasserstoffproduktion als CO2-neutral betrachtet werden.

Türkiser Wasserstoff entsteht, indem man Methan in einem Hochtemperaturreaktor thermisch aufspaltet. Dabei entsteht Kohlenstoff in fester Form, der anderen Verwendungen zugeführt oder dauerhaft gespeichert werden kann. Damit dieses Verfahren CO2-neutral ist, muss die Wärmeerzeugung für den Hochtemperaturreaktor mit erneuerbaren Energien erfolgen.

Oranger Wasserstoff wird aus der Umwandlung von Biomasse oder unter Verwendung von Strom aus Anlagen der Abfallwirtschaft (etwa Müllverbrennungsanlagen oder Biogasanlagen) gewonnen. So können z. B. Siedlungs- und Industrieabfälle mit niedriger Recycling-Quote, in den hochwertigen Energieträger Wasserstoff umgewandelt werden. Gerade für Kommunen, könnte damit ein völlig neuer Produktionszweig entstehen. Mit diesem "orangenen Wasserstoff" können auch die eigenen kommunalen Fahrzeuge betrieben und damit fossile Treibstoffe ersetzt werden.

Roter Wasserstoff (auch Gelb, Pink, Rot, Rosa, Violett) wird durch Elektrolyse gewonnen. Der benötigte Strom stammt aus der Kernenergie. Klimaschädliches CO2 entsteht dabei nicht, aber radioaktiver Abfall, der sicher und dauerhaft endgelagert werden muss. Der Kohlenstoff-Fußabdruck bei Stilllegung von Kernkraftwerken sowie die atomaren Abfälle mangels Lösungen für die langfristige Lagerung schwer abzuschätzen.

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