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Was ist Wasserstoff?
Schon gewusst, dass Wasserstoff das häufigste Element im Universum ist? Auf der Erde kommt Wasserstoff hauptsächlich gebunden vor – in Form von Wasser (H₂O) oder als Wasserstoffgas (H₂). In molekularer Form steckt er außerdem in fossilen Rohstoffen wie Erdgas und Erdöl sowie in mehr als der Hälfte aller bekannten Mineralien. In Reinform ist Wasserstoff bei Normaltemperatur gasförmig. Wird er unter geringem Druck auf -253 Grad Celsius heruntergekühlt, verflüssigt er sich. Fest wird er bei -259 Grad.
Weitere Eigenschaften von Wasserstoff:
Wann wurde Wasserstoff entdeckt?
Der britische Naturwissenschaftler Henry Cavendish entdeckte Wasserstoff 1766 bei Experimenten mit Metallen und Säuren. Namensgeber des Gases ist jedoch der französische Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier, der 1783 bei einer heute als Knallgasprobe bezeichneten Untersuchung feststellte, dass sich aus dem Gas umgekehrt Wasser erzeugen lässt. In den folgenden Jahrhunderten machte sich Wasserstoff als Traggas einen Namen, unter anderem diente er dazu, Ballone oder Zeppeline zu füllen und zum Fliegen zu bringen. Später wurde es durch das nicht brennbare Helium ersetzt. In den 1960er Jahren wurde Wasserstoff erfolgreich als Raketentreibstoff verwendet und kam in ersten Pkws mit Brennstoffzellen zum Einsatz.
Wo wird Wasserstoff genutzt?
Wasserstoff lässt sich auf unterschiedliche Weise in nutzbare Energie umwandeln. Die besonders im Hochlauf der Wasserstoff-Wirtschaft relevanten Sektoren sind:
Wie wird Wasserstoff hergestellt?
Wasserstoff kommt auf der Erde nur in gebundener Form vor. Um ihn in Reinform zu gewinnen, muss er aus dem Ausgangsstoff – etwa Erdgas oder Wasser – mithilfe von Energie abgespalten werden. Die am weitesten verbreitete Methode zur Wasserstoffherstellung ist derzeit noch die Dampfreformierung von Erdgas – bei diesem Verfahren entsteht allerdings auch CO₂, das in die Atmosphäre entweicht. In Zukunft soll zunehmend die Elektrolyse zum Einsatz kommen, bei der Wasser mithilfe von Strom in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Wie umweltfreundlich diese Methode ist, hängt vom Ursprung der dabei genutzten Energie ab.
Wo wird nachhaltiger Wasserstoff hergestellt?
Es gibt in Deutschland zahlreiche Pilotprojekte, die nachhaltigen Wasserstoff durch Elektrolyse herstellen, etwa der Energiepark Bad-Lauchstädt unter Beteiligung der EnBW-Tochter VNG.
Für die Produktion sind vor allem Regionen mit großen Windparks oder PV-Anlagen geeignet – hier gibt es ausreichend Strom aus erneuerbaren Energien. Durch den Kohleausstieg sowie den Ersatz von klassischem Erdgas wird künftig deutlich mehr Wasserstoff benötigt, als hierzulande hergestellt werden kann. Teil der nationalen Wasserstoffstrategie ist es daher auch, den Energieträger im großen Stil aus Ländern zu importieren, die aufgrund ihrer geografischen Lage und bestehender Infrastruktur günstig Wasserstoff produzieren können – etwa der windreiche europäische Norden oder die sonnenreichen Staaten Nordafrikas.
Wie lässt sich Wasserstoff speichern und transportieren?
Deutschlandweit beim Thema Wasserstoff engagiert
Erzeugung, Netze, Speicher: unsere H₂-Projekte im Überblick
Wasserstoffhandel - Handelsaktivitäten
Für die Wasserstoffversorgung Deutschlands werden Handelsverträge über Wasserstofflieferungen mit internationalen Partnern abgeschlossen, die per Schiffstransport in Deutschland angelandet werden.
Wasserstofferzeugung - HyTech Hafen Rostock
Die zusammen mit unseren Partnern RWE, Rheinenergie und Rostock Port im Juli 2022 neugegründete Gesellschaft Rostock EnergyPort Cooperation GmbH hat sich zum Ziel gesetzt, den Auf- und Ausbau einer nachhaltigen grünen Produktions- und Verteilungsstruktur für Wasserstoff voranzubringen. Dafür soll im Seehafen Rostock eine Elektrolyseanlage zur Herstellung von klimaneutral erzeugtem (grünem) Wasserstoff errichtet werden und der erzeugte Wasserstoff anschließend sowohl in ein überregionales Verteilnetz eingespeist, aber auch lokalen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.
- H₂-Erzeugungsleistung: 100MW
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Wasserstofferzeugung - H2-Mare
Windräder auf hoher See produzieren Ökostrom – so weit, so gut. In Zukunft könnten Offshore-Anlagen möglicherweise aber auch grünen Wasserstoff und daraus wiederum weitere CO₂-freie Energieträger herstellen. Die EnBW beteiligt sich am Forschungsprojekt H₂Mare, das die Potenziale der Wasserstoffproduktion in Meereswindparks untersucht.
Fernleitungsnetz - Doing Hydrogen
Mit dem Wasserstoff Hub Doing Hydrogen in Ostdeutschland verbinden wir Projekte innovativer Produzenten, Ferngasnetzbetreiber und großer Verbraucher. Das Projekt, das wir zusammen mit unseren Partnern Enertrag, APEX, Vattenfall und Cemex umsetzen werden, dient dabei als verbindendes Element: Wir schaffen umfassende Verbindungen zwischen den Wirtschaftsregionen Mitteldeutschlands und der Region Rostock sowie dem Großraum Berlin und Eisenhüttenstadt. Darüber sollen Wasserstoffprojekte in Mecklenburg-Vorpommern, Brandenburg, Berlin, Sachsen und Sachsen-Anhalt zu einem leistungsstarken Hub verbunden werden.
- Netzlänge: 616 km
- Weiterführende Infos
Green Octopus Mitteldeutschland Speicher
Ein Kavernenspeicher mit einem Arbeitsgasvolumen von 50 Mio. Kubikmetern stabilisiert die Wasserstoffinfrastruktur und sorgt für einen Ausgleich von Angebot und Nachfrage. Mit rund 305 Kilometern Leitungen sorgt GO! ab 2027 für den sicheren Wasserstofftransport.
- Speichervolumen: 50 Millionen m³
- Weitere Infos
Wasserstofferzeugung - Energiepark Bad Lauchstädt
Der Energiepark Bad Lauchstädt ist ein großtechnisches Projekt zur intelligenten Erzeugung von Grünem Wasserstoff sowie dessen Speicherung, Transport, Vermarktung und Nutzung. Unsere Tochtergesellschaften VNG und Ontras erproben hier zusammen mit den Konsortialpartnern Terrawatt, Uniper und dem DVGW erstmalig die gesamte Wertschöpfungskette von Grünem Wasserstoff im industriellen Maßstab. Mittels einer Großelektrolyse-Anlage von 30 MW wird unter Einsatz von erneuerbarem Strom aus einem nahe gelegenen Windpark Grüner Wasserstoff produziert. In einer eigens dafür gesolten Salzkaverne zwischengespeichert, kann der Grüne Wasserstoff über eine umgestellte Gaspipeline in das Wasserstoffnetz der in Mitteldeutschland ansässigen chemischen Industrie eingespeist und perspektivisch für urbane Mobilitätslösungen eingesetzt werden.
H₂-Erzeugungsleistung: 30MW
Fernleitungsnetz - Green Octopus Mitteldeutschland (Transportnetz)
Das mitteldeutsche Chemiedreieck braucht grünen Wasserstoff, ebenso die Industrien in Sachsen-Anhalt und die Stahlregion im niedersächsischen Salzgitter. Green Octopus Mitteldeutschland (GO!) ist die künftige Transportroute und Speichermöglichkeit für diesen Wasserstoff: GO! verbindet die Regionen und integriert den künftigen Wasserstoffspeicher in Bad Lauchstädt.
- Netzlänge: 305 km
- Weitere Infos
Fernleitungsnetz
Mehrere Fernleitungsnetzbetreiber planen ein leistungsstarkes Pipelinesystem für Wasserstoff von der Ostsee bis nach Baden-Württemberg und eröffnen so der Industrie leitungsgebundene Bezugsmöglichkeiten für große Mengen an Wasserstoff. Erste Leitungsabschnitte sollen bereits ab 2025 von Erdgas auf Wasserstoff umgestellt werden und so die CO₂-Emissionen langfristig reduzieren.
- Netzlänge: 1.100 km
- Weitere Informationen zum Projekt "Flow"
Gastransportnetz – NET und SEL
2022 in Betrieb genommen, transportiert die rund 28 Kilometer lange Neckarenztalleitung, kurz NET, nicht nur Erdgas. Dank besonderer Schweißverfahren und der Verwendung von wasserstofftauglichem Stahl ist die Pipeline der terranets bw auch H2-ready. Mit der 250 Kilometer langen Süddeutschen Erdgasleitung (SEL) plant die EnBW-Tochter zudem eine weitere wasserstofftaugliche Transportroute. Sie wird die erste Wasserstoffleitung in Baden-Württemberg mit Anbindung an das European Hydrogen Backbone sein und soll ab Anfang der 2030er Jahre die Gaskraftwerke der EnBW mit Wasserstoff versorgen.
Weitere Informationen:
RHYn Interco
Das grenzüberschreitende Projekt der EnBW-Tochter terranets bw, des Verteilernetzbetreibers badenovaNETZE und des französischen Gasinfrastrukturbetreibers GRTgaz soll die Anbindung Süddeutschlands ans französische Wasserstoffnetz ermöglichen. Bis 2029 sollen mit dem Neubau einer Verbindung nach Frankreich und der Umstellung bestehender Gasleitungen Großabnehmer bei Freiburg angebunden werden. Durch die Umstellung eines weiteren Abschnitts könnte das Netz bis 2035 nach Offenburg erweitert werden.
Weitere Informationen:
Verteilnetz - Wasserstoff-Insel Öhringen
Öhringen macht sich bereit für die Zukunft: Seit November 2021 wird hier bereits die eigene Betriebsstelle mit einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch versorgt. In einem nächsten Schritt wurde die Versorgung auf 22 umliegende Wohngebäude ausgeweitet.
Der Name Wasserstoffinsel geht auf das Konzept des Projekts zurück: In der Stadt östlich von Heilbronn wird ein Teil des bestehenden Gasnetzes wie eine Insel vom restlichen Netz abgetrennt und schrittweise mit bis zu 30 Prozent Wasserstoff versorgt.
- Beimischungsquote: 30%
- Weitere Informationen
Wasserstofferzeugung - H2ORIZON
Das Projekt H₂ORIZON zeigt eindrucksvoll, wie Sektorenkopplung in der Praxis aussehen kann: Im Gemeinschaftsprojekte unserer Tochtergesellschaft ZEAG zusammen mit dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum wird mittels erneuerbaren Stroms aus dem angrenzenden Windpark grüner Wasserstoff erzeugt und anschließend am DLR-Standort Lampoldshausen genutzt. So werden die Sektoren Erneuerbare Energien, Wasserstoff und Speicheranwendungen, Raumfahrt, Wärmeerzeugung und Mobilität erfolgreich miteinander gekoppelt.
Nutzung - H2-ready Gaskraftwerk Heilbronn
Als EnBW wollen wir einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz leisten, unser Ziel ist daher die Erreichung der Klimaneutralität bis in das Jahr 2035. Dieses Ziel vor Augen wird die EnBW die erneuerbaren Energien weiter systematisch ausbauen und mittelfristig aus der Nutzung von Kohle als Energieträger aussteigen. Oberste Priorität hat dabei immer: Die Versorgung mit Strom und Wärme darf nicht gefährdet sein. Die EnBW setzt daher am Standort Heilbronn auf das Prinzip Fuel Switch und ersetzt über den Neubau einer Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) den Brennstoff Kohle zunächst durch das klimafreundlichere Erdgas. Dieser Wechsel zu Erdgas stellt die Brücke auf dem Weg zu klimafreundlichen Gasen wie regenerativ erzeugtem Wasserstoff dar, mit denen dann die vollständige Klimaneutralität ab 2035 erreicht werden kann.
- Erzeugungsleistung (elektrisch): 675 MW
- Erzeugungsleistung (thermisch): 190 MW
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H2-ready Gaskraftwerk Stuttgart-Münster
Mit dem Neubau einer Gasturbinen-Anlage zur Erzeugung von Strom und Wärme auf Basis von klimafreundlicherem Erdgas am Standort Stuttgart-Münster kommt die EnBW ihrem Ziel der Klimaneutralität bis 2035 einen großen Schritt näher. Der Fuel Switch auf klimafreundlicheres Erdgas ist dabei nur eine Brückentechnologie auf dem Weg zur Energieerzeugung über klimafreundliche Gase wie regenerativ erzeugtem Wasserstoff.
- Erzeugungsleistung (elektrisch): 124 MW
- Erzeugungsleistung (thermisch): 450 MW (Fernwärme-Erzeugung am Gesamtstandort)
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Nutzung - H2-ready Gaskraftwerk Altbach/Deizisau
Mit dem Neubau einer Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) will die EnBW an ihrem Standort Altbach/Deizisau über einen sogenannten Fuel Switch den Brennstoff Kohle zunächst durch das klimafreundlichere Erdgas ersetzen. Perspektivisch soll die Gasturbine einige Jahre später dann mit Wasserstoff betrieben werden, um die Emissionen langfristig auf 0 zu reduzieren. Die EnBW plant, so ihr Versprechen der Klimaneutralität bis 2035 zu erreichen – der Beitrag zum Klimaschutz im Sinne des Pariser Abkommens von 2015, auf den sich das Unternehmen festgelegt hat.
- Erzeugungsleistung (elektrisch): 665 MW
- Erzeugungsleistung (thermisch): 180 MW
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Wasserstofferzeugung - Reallabor H2-Wyhlen
Hier soll in absehbarer Zeit zusammen mit unserem Partner Energiedienst eine der größten Produktionskapazitäten für Wasserstoff in Süddeutschland aufgebaut werden. Am Standort Grenzach-Wyhlen soll mittels erneuerbarem Strom aus dem nahegelegenen Wasserkraftwerk grüner und damit klimaneutraler Wasserstoff erzeugt werden. Im Rahmen des Förderprogramms „Reallabore der Energiewende“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) erhielt das Projekt H₂-Wyhlen einen positiven Förderbescheid. Am Standort Wyhlen betreiben EnBW und Energiedienst bereits zusammen eine 1-MW alkalische Power-to-Gas-Anlage, welche im Rahmen eines Leuchtturmprojekts des Wirtschaftsministeriums Baden-Württemberg gefördert wurde.
- H₂-Erzeugungsleistung: 6MW
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Wasserstoffbusse für Düsseldorf
In der nordrhein-westfälischen Landeshauptstadt sollen künftig Brennstoffzellen-Busse für einen klimafreundlicheren ÖPNV sorgen. Dafür investieren die Stadtwerke Düsseldorf, deren größter Anteilseigner die EnBW ist, in Wasserstoff-Technologie: Ein Elektrolyseur soll künftig vor Ort grünen Wasserstoff produzieren. Der dafür genutzte Strom stammt aus der benachbarten Müllverbrennungsanlage.
Vollständige Wertschöpfungskette: greenHyBB
Unter dem Projektnamen greenHyBB (= green Hydrogen für Brandenburg) wollen VNG, ONTRAS und EnBW in der Lausitz eine vollständige Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff aufbauen: Dafür plant die EnBW den Bau von Wind- und Solarparks. Diese sollen grünen Strom in der Region produzieren und ins öffentliche Netz einspeisen. Ein ebenfalls regional von den Projektpartnern errichteter Elektrolyseur entnimmt den erzeugten Grünstrom aus dem Netz und produziert Wasserstoff durch Elektrolyse.
Der so erzeugte grüne Wasserstoff kann durch den Anschluss der Elektrolyseanlage an nahegelegene H₂-Pipelines den in Brandenburg ansässigen Unternehmen bereitgestellt werden. Über das entstehende europäische Wasserstoffnetz (European Hydrogen Backbone) lässt sich überschüssiger Wasserstoff zudem auch in andere Regionen transportieren.
Quellen: EnBW, FNB Gas
Warum brauchen wir Wasserstoff?
Wasserstoff besitzt trotz seiner niedrigeren volumetrischen Energiedichte ein immenses Potenzial: Anders als Strom in Batterien lässt sich Wasserstoff beispielsweise in Form von komprimiertem Gas dauerhaft und in großen Mengen speichern sowie über weite Strecken transportieren. Somit kann Wasserstoff als dringend benötigter Baustein für die sogenannte Sektorenkopplung, die Verbindung der Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr, dienen. Außerdem gibt es Anwendungen wie beispielsweise Prozesse in der Industrie, die sehr hohe Temperaturen benötigen, die Strom als Energieträger so nicht liefern kann. Zur Orientierung: Der Endenergiebedarf in Deutschland wird derzeit zu rund 20 Prozent durch Strom gedeckt und zu rund 80 Prozent durch molekül-basierte Energieträger, insbesondere Erdgas und Mineralöl. Weitere Elektrifizierung und Maßnahmen zur Energieeffizienz werden eine zentrale Rolle beim Erreichen von Klimaneutralität spielen müssen, werden aber nicht ausreichen. Und genau hier wird Wasserstoff eine wesentliche Rolle spielen.
Wie umweltfreundlich ist Wasserstoff?
Wasserstoff bietet großes Potenzial für eine umweltfreundliche Energiezukunft, wenn er fossile Energieträger ersetzt und bei seiner Produktion, seinem Transport und seiner Nutzung möglichst wenig CO₂ entsteht. Ein gutes Beispiel dafür sind unsere neuen Gaskraftwerke, die zunächst mit Erdgas und später mit Wasserstoff betrieben werden sollen. Der sogenannte Fuel Switch sorgt im ersten Schritt für etwa 60 Prozent weniger Emissionen. Nach der Umstellung auf Wasserstoff läuft die Erzeugung von Strom und Wärme dann klimaneutral.
Die Umweltauswirkungen von Wasserstoff hängen stark von der Art seiner Herstellung ab. Durch die Elektrolyse von Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne entsteht erneuerbarer Wasserstoff. Seine Klimafreundlichkeit wird durch die Einhaltung regulatorisch vorgegebener Kriterien gewährleistet. Um vor allem im Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft eine ausreichende Verfügbarkeit von Wasserstoff zu erreichen, ist zunächst auch der Einsatz von CO₂-armem Wasserstoff sinnvoll. Dieser wird zwar aus fossilen Energieträgern erzeugt, beim Herstellungsprozess entstehende CO₂-Emmissionen werden jedoch aufgefangen und gespeichert.
Stimmt das? Wasserstoff-Mythen auf dem Prüfstand
Zu gefährlich, zu aufwendig, zu teuer? Über Wasserstoff gibt es viele Mythen. Im Video greifen wir die gängigsten auf und erklären, warum Wasserstoff wichtig für unsere klimaneutrale Zukunft ist.
Wasserstoff: Die Vor- und Nachteile auf einen Blick
Die Vorteile
- Wasserstoff lässt sich aus erneuerbaren Energien sowie CO₂-arm herstellen.
- Wasserstoff kann in vielen Sektoren zur Reduzierung der CO₂-Emissionen beitragen.
- Durch Möglichkeit, Wasserstoff zu speichern, entsteht ein hoher Nutzen für die Sektorenkopplung.
- Bei Speicherung und Transport kann zum großen Teil auf Bestand aufgebaut werden – etwa durch das Umrüsten von Erdgasleitungen und Kavernenspeichern.
- Bei weitem Transport entstehen weniger Verluste als bei Stromübertragungsleitungen.
- Wasserstoff ermöglicht die Dekarbonisierung von Sektoren, die nicht elektrifiziert werden können.
Die Nachteile
- Wasserstoff ist in der Herstellung energieintensiv, 30 Prozent des bei der Elektrolyse eingesetzten Stroms gehen verloren.
- Die Transformation der gesamten Gas-Wertschöpfungskette muss Hand-in-Hand laufen.
- Die Kosten für Produktion und Transport sind derzeit noch schwer einschätzbar.
Trotz dieser Herausforderungen ist nachhaltig erzeugter Wasserstoff ein Schlüsselelement für eine umweltschonende Energieversorgung. Effektive Lösungen können durch Forschung und Entwicklung, wirtschaftliche Zusammenarbeit sowie staatliche Förderinitiativen erreicht werden.