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Erneuerbare Energien Grüne Wasserstoffwirtschaft: Wie sie funktionieren kann

| Redakteur: Thomas Günnel

Wie lässt sich grüner Wasserstoff für ein klimaneutrales Energiesystem etablieren? Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt definieren dafür in einer Studie zwei wichtige Bedingungen.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat untersucht, unter welchen Bedingungen sich grüner Wasserstoff als klimaneutraler Energieträger etablieren kann.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat untersucht, unter welchen Bedingungen sich grüner Wasserstoff als klimaneutraler Energieträger etablieren kann.
(Bild: DLR)

Sektorenkopplung und internationale Zusammenarbeit: Das sind im Kern die beiden Voraussetzungen die erfüllt sein müssen, damit sich grüner Wasserstoff als klimaneutraler Energieträger etablieren lässt. Zu diesem Schluss kommen die Autoren der zweiteiligen Studie „Wasserstoff als Fundament der Energiewende“ am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. (DLR).

Vereinfacht gesagt: „Jeder für sich“ wird nicht funktionieren. „Nur wenn die Sektoren Verkehr, Stromerzeugung, Wärme und Industrie umfassend miteinander gekoppelt sind, kann grüner Wasserstoff sein volles Potenzial in einem nachhaltigen Energiesystem entfalten“, beschreiben es die Studienautoren. Künftige Investitionen sollten daher das Energiesystem als Ganzes betrachten.

Ein Beispiel: Brennstoffzellenfahrzeuge. Sie nutzen Wasserstoff, um den elektrischen Strom für ihren Antrieb zu generieren. Forscher des DLR arbeiten nach eigenen Angaben daran, dass diese Fahrzeuge den Strom auch ins Netz einspeisen können. Ein anderes Beispiel sind Elektrolyseanlagen in denen Wasserstoff entsteht – deren Abwärme kann in Nahwärmenetzen zum Einsatz kommen.

Zusammenarbeit für geografische Vorteile

Weil in Deutschland das Potenzial für erneuerbare Energien aber begrenzt ist, sind Kooperationen notwendig – mit sonnen- und windreichen Ländern. „Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft, einschließlich der dafür notwendigen Logistik, sollte daher von Anfang an darauf ausgerichtet sein, dass Länder innerhalb und außerhalb der Europäischen Union zusammenarbeiten“, beschreiben es die Forscher am DLR.

Die Bundesregierung hat dazu bereits in ihrer „Nationalen Strategie Wasserstoff“ als einen Kernbestandteil die „nachhaltige Entwicklung des afrikanischen Kontinents“ festgelegt – mittels grünem Wasserstoff und dessen teilweisem Export. Konkret geht es dabei um Marokko.

Vor allem müssen die Herstellkosten für grünen Wasserstoff sinken. Das größte Potenzial dafür haben sogenannte solarthermische Verfahren. Hintergrund: Die Verfahren nutzen Sonnenenergie, um Wärme zu produzieren und zu speichern. Mit dieser Wärme wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Auch am DLR entwickeln Ingenieure entsprechende Komponenten und Verfahren, erste Pilotanlagen sind bereits in Betrieb.

Technologien entwickeln und exportieren

Neben dem Einsatz des grünen Wasserstoffs sehen die Autoren der Studie Chancen für den Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Deutschland: „in der Entwicklung und dem Export von Technologien für die Wasserstoffproduktion und seinen Transport über weite Strecken“. Gleiches gelte für technische Innovationen für solarthermische Kraftwerke und für Speicher.

„Es gilt, massiv in Technologien und deren Demonstration zu investieren; außerdem weiterhin in grundlegende Forschung“, sagt Karsten Lemmer, DLR-Vorstandsmitglied für die Bereiche Energie und Verkehr. Wichtig sind laut Lemmer zudem die Rahmenbedingungen, um grünen Wasserstoff in einem breiten Markt einzuführen.

Damit ist es aber noch nicht getan. Das DLR schlägt in seiner Studie drei Forschungsschwerpunkte vor:

  • das Entwickeln und Errichten von Demonstrationsanlagen für die Wasserstoffproduktion im Rahmen internationaler Kooperationen,
  • das Entwickeln von Materialien und Verfahren für Elektrolyseure mit Fokus auf deren automatisierter Herstellung,
  • das Weiterentwickeln innovativer Verfahren der Wasserstoffproduktion mit Schwerpunkten auf Skalierbarkeit, Produktionskosten und Treibhausemissionen der gesamten Wertschöpfungskette.

Sektorenkopplung: Drei Schwerpunkte

Im Bereich der Sektorenkopplung schlagen die Studienautoren ebenfalls drei Forschungsschwerpunkte vor:

  • die bestehende Infrastruktur für das Speichern und den Transport von gasförmigen Energieträgern auszubauen, damit sich diese auch mit beigemischtem Wasserstoff und später mit reinem Wasserstoff nutzen lassen,
  • die elektrische und digitale Systemintegration von Wasserstofftechnologien erforschen – auf allen Ebenen des Energiesystems; zum Beispiel das Einbinden von Wasserstoff in die Gebäudetechnik,
  • bessere Modelle und Bewertungsverfahren, die das Gesamtsystem zuverlässig abbilden und so eine Entscheidungsgrundlage sind.

Mehr Informationen zur Studie

Die zweiteilige Studie wurde gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Sie teilt sich in die Themen:

  • Technologien und Perspektiven
  • Sektorenkopplung
  • Download: Technologien und Perspektiven

    Download: Sektorenkopplung

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