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Die Rolle von Wasserstoff in einer nachhaltigen Zukunft: Herstellung, Farben, Anwendungen und Transport

(MH) Wasserstoff wird zunehmend als Schlüsselelement für die Schaffung einer Kohlenstoff armen Zukunft angesehen. Dieses reichlich vorhandene Element, das kleinste und leichteste Atom im Periodensystem, birgt das Potenzial, eine saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen in verschiedenen Industriezweigen und Transportmitteln zu sein bedeutet aber auch den technologischen Herausforderungen mit sicheren Lösungen zu begegnen . Besonders relevant ist Wasserstoff, da er bei seiner Verbrennung Wasser produziert und keine Treibhausgase freisetzt. Die verschiedenen Produktionsmethoden, die oft durch Farbkodierungen unterschieden werden, und die Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff sind entscheidend für sein Potenzial, zur Dekarbonisierung beizutragen.

Wasserstoff wird in verschiedenen „Farben“ klassifiziert, die auf die Methode seiner Herstellung und die damit verbundenen Umweltauswirkungen hinweisen. Nur wozu dienen diese Farbspektren und ist der Wasserstoff tatsächlich farbig? Nein, ist er natürlich nicht aber diese Farbkategorien helfen dabei, die verschiedenen Technologien und Prozesse zu unterscheiden, durch die Wasserstoff gewonnen wird. Es muss also verstanden werden, was es mit den Farbbezeichnungen wie grün, blau, grau und andere auf sich hat und welche Rolle sie in der Energiewende spielen.

Gewinnungsmethoden und Farbkodierungen von Wasserstoff

Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarenergie produziert. Dies ist die umweltfreundlichste Methode, da sie keine Treibhausgase freisetzt.
Ähnliche Eigenschaften weist der türkisfarbene Wasserstoff auf. Der Schwerpunkt liegt darauf, dass bei der Herstellung (Pyrolyse) unter Verwendung von Stoffen wie Holz, Klärschlamm oder Kunststoffen u.a. Kohlenstoff in Form von Restkohle gebunden wird und anschließend

beispielsweise im Straßen- oder Hausbau verwendet werden kann. Alternativ dazu kann die Plasmavergasung genannt werden. Eine solche Anlage ist am Standort Premnitz geplant. Diese ermöglicht die effiziente Zersetzung von organischen Materialien zu Wasserstoff und anderen Gasen. Bedingt durch hohe Temperaturen um 40.000 Grad C kann die Plasmavergasung eine höhere Wasserstoffausbeute erzielen, da die hohen Temperaturen eine vollständigere Umwandlung des Ausgangsmaterials ermöglichen.

Anders dagegen bei der Produktion von grauem Wasserstoff, der am häufigsten durch die Dampfreformierung bei Temperaturen zwischen 700 und 1000 Grad C mittels Erdgas produziert wird. Nachteil für die Umwelt dabei: als Nebenprodukt wird CO2 emittiert. Diese Methode ist zwar kostengünstig, führt jedoch zu hohen CO2-Emissionen.

und der blaue Wasserstoff? Er wird unter ähnlichen Bedingungen wie der graue Wasserstoff hergestellt. Der Unterschied dabei: die CO2-Emissionen werden durch Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS – Carbon Capture & Storage ) minimiert. Dies bietet eine umweltfreundlichere Alternative, solange die CCS-Technologie, also die Speicherung von CO2 im Boden funktioniert.

Umstrittener ist dagegen der gelbe Wasserstoff: Vom Grundsatz her ist er eine Variante des grünen Wasserstoffs, der allerdings durch Atomstrom in der Elektrolyse hergestellt wird.

Anwendungsbeispiele von Wasserstoff in verschiedenen Sektoren

So unterschiedlich die Farben, so unterschiedlich werden die Anwendungen gedacht. Für die Energieerzeugung und -speicherung gilt, das grüner Wasserstoff für die Erzeugung von Strom in Brennstoffzellen diskutiert wird, was ihn für die Stromversorgung von Haushalten und Unternehmen sowie für elektrische Fahrzeuge attraktiv macht.

Anders dagegen in der industriellen Nutzung. Hier sind sowohl blauer, türkiser als auch grüner Wasserstoff in der Chemieindustrie zur Herstellung von Ammoniak oder Methanol im Gespräch. In der Stahlindustrie könnte Wasserstoff als Ersatz für Kohle zur Reduktion von Eisenerz dienen.

Und für den Verkehr- und das Transportwesen gilt, das vor dem Hintergrund der hohen Energiedichte von Wasserstoff dieser eine attraktive Option für den Schwerlastverkehr, die Schifffahrt und sogar die Luftfahrt sind. Somit Bereiche, in denen Batterien weniger effizient sind.

Grundsätzlich wird der Wärmemarkt relevant und dürfte in der Entwicklung für kommunale Wärmeplanungen eine Rolle übernehmen. Für die Heizung gilt das mit der bestehenden Gasinfrastruktur Wasserstoff dem Erdgas beigemischt werden kann, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Dies bietet eine Übergangslösung, bis grüner Wasserstoff in ausreichenden Mengen kostengünstig verfügbar ist.

Hierzu muss man wissen, das in Deutschland ein umfangreiches Gasleitungsnetzwerk von etwa 500.000 km Länge existiert, das hauptsächlich für den Transport von Erdgas genutzt wird. Aktuell werden Versuche gefahren, um Wasserstoff dem Erdgas beizumischen und so die CO2-Emissionen zu reduzieren. Üblicherweise wird eine Beimischung von bis zu 20% Wasserstoff als technisch sicher und realisierbar betrachtet, die ohne wesentliche Änderungen an der bestehenden Infrastruktur erfolgen kann. Darüberhinaus gibt es Pilotprojekte, die eine erhöhte Beimischsrate von bis zu 30% Wasserstoff erforschen, um die Sicherheit und Machbarkeit dieser Konzepte zu prüfen. Diese Initiativen sind zentrale Bestandteile der Bemühungen, die Energieversorgung in Deutschland nachhaltiger zu gestalten und die Energiewende voranzutreiben. Allerdings ist die Umstellung auf ein Netzwerk, das 100% Wasserstoff führt, technisch anspruchsvoll und erfordert umfassende Anpassungen der Infrastruktur; das Projekt „H2-Netz“ in Deutschland untersucht beispielsweise, wie ein reines Wasserstoffnetz realisiert werden könnte.

Energiewende Labor in Ketzin – Ein Knotenpunkt für Wasserstoffleitungen

Für die Wasserstoff Modellregion Havelland bedeutet die Ontras eine wichtige Säule in der Energiever-sorgung. Ist dieses doch als ostdeutsches Unternehmen mit einem rund 7.500 km bestehenden Hochdruck-Gasnetz für die Versorgung mit Erdgas für Haushalte, Gewerbe und Industrie in der Region zuständig.

Darüber hinaus engagiert sich Ontras zudem aktiv in der Integration von erneuerbaren Energien und der Erforschung der Wasserstofftechnologien, was die Energieinfrastruktur des Havellandes zukunftssicher macht, so wie es Landrat Roger Lewandowski mit seinem Team ambitioniert begonnen hat. Damit positioniert sich das Unternehmen als einer der „Schlüsselplayer“ für die Realisierung eines auf Zukunft ausgerichtetem Energiekonzeptes im Havelland. Dieses Engagement ist relevant im Rahmen der deutschen Energiewende. Ein markantes Beispiel hierfür ist das Energiewendelabor am Firmen Standort in Ketzin, ein Pilotprojekt, bei dem Ontras gemeinsam mit der GASAG die Einspeisung von Wasserstoff ins Gasnetz und die Nutzung von Biogas erforscht. Diese Initiativen tragen dazu bei, das Havelland in eine nachhaltigere Energielandschaft zu transformieren und stellen wichtige Schritte dar, um die Region energetisch zu dekarbonisieren und auf erneuerbare Energiequellen umzustellen.

Herausforderungen und zukünftige Perspektiven

Obwohl Wasserstoff viele Vorteile bietet, stehen der umfangreichen Nutzung noch technische und politische Heraus-forderungen entgegen, einschließlich der Kosten für die Erzeugung, Speicherung und Verteilung sowie der Notwendigkeit, geeignete Technologien und Infrastrukturen zu entwickeln.

Der Ausbau der notwendigen Technologien und die politische Unterstützung, insbesondere auch Fördermassnahmen, werden entscheidend sein, um diese Herausforderungen zu bewältigen und Wasserstoff als Eckpfeiler einer nachhaltigen Energiezukunft zu etablieren. Die fortlaufende Forschung und die Entwicklung von Innovationen versprechen jedoch, Wasserstoff zu einem zentralen Bestandteil der globalen Bemühungen, so auch im Havelland, zu machen, die Klimaziele zu erreichen und eine umweltfreundliche Energieversorgung zu sichern.

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