Wasserstoff kann theoretisch in vielen Sektoren eingesetzt werden. In der Industrie, dem Verkehr, für Gebäudewärme und in der Stromversorgung. Die Verfügbarkeit ist momentan jedoch noch zu gering, um hypothetisch alle Sektoren damit zu bedienen. Allein in Deutschland lag der Bedarf 2020 bei 55 TWh, welcher sich bis 2030 verdoppeln könnte. Hinzu kommt die wenig klimaneutrale Produktion des Wasserstoffes.  „Die Europäische Union verbraucht jährlich 340 Terawattstunden an Wasserstoff. Dieser wird nahezu ausschließlich mittels fossiler Brennstoffe wie Erdgas hergestellt und ist somit ein bedeutender Verursacher von Treibhausgasen“ (Agora Energiewende). Dies ist selbstverständlich nicht mit dem Ziel der Dekarbonisierung der Wirtschaft zu vereinbaren. Aber grüner Wasserstoff ist im Moment noch teurer als grauer, weshalb letzterer vornehmlich genutzt wird.

Laut einer Studie von Agora Energiewende und Guidehouse sind in der EU bis 2030 Fördersummen in Höhe von 10 bis 24 Milliarden Euro pro Jahr nötig, um Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen. Parallel dazu macht eine CO₂-Bepreisung fossile Energieträger in Zukunft immer unattraktiver. Das reicht aber laut dem Direktor von Agora Energiewende nicht aus: „Daher müssen wir bei der Förderung Prioritäten setzen: Die Mittel müssen vorrangig für solche Bereiche bereitstehen, wo unumstritten Bedarf nach erneuerbarem Wasserstoff entsteht.“ Auch laut dem Sachverständigenrat für Umweltfragen sind diese Bereich vor allem die Stahlproduktion, die Chemieindustrie mit der Produktion von Stoffen wie Ammoniak und Methanol, sowie die Langstreckenluftfahrt und Hochseeschifffahrt.

Alleine bei der Produktion von einer Tonne Ammoniak mittels Haber-Bosch-Verfahren entstehen durch die fossile Wasserstoffproduktion beispielsweise 1,8 t CO₂, welcher durch die Nutzung von grünem Wasserstoff völlig vermieden werden kann. Auch die Methanolsynthese kann mit nachhaltigem Wasserstoff unter Zuhilfenahme von nicht fossilen Kohlenstoffquellen dekarbonisiert werden. Da die chemische Industrie der Industriezweig mit dem höchsten Energieverbrauch ist, besteht hier folglich ein massives Einsparpotenzial.

Auch in der Stahlindustrie kann erneuerbarer Wasserstoff fossile Energieträger ersetzen. Beispielsweise werden in Deutschland mittlerweile viele Direktreduktionsanlagen als Ersatz für die Hochofenroute genutzt. Hier können bereits durch die Nutzung von Erdgas die CO₂-Emissionen um 66 Prozent verringert werden. Im nächsten Schritt kann durch das kontinuierliche Substituieren von Erdgas durch erneuerbaren Wasserstoff noch mehr CO₂ eingespart werden.

Die Herstellung von Wasserstoff wird in den nächsten Jahrzehnten immer günstiger werden. Wichtig ist jetzt, die Bereiche zu fördern die eindeutig von nachhaltigem Wasserstoff profitieren und so dekarbonisiert werden können. Wasserstoff ist ein Sekundärenergieträger, ihn zu produzieren ist ein sehr energieaufwendiger Prozess. Wo es möglich ist Prozesse zu elektrifizieren sollten sie elektrifiziert werden. Wo dies nicht möglich ist, kann nachhaltiger Wasserstoff eine sehr gute Lösung darstellen.

Eine weitere wirtschaftliche Chance, welcher Wasserstoff die Tür öffnet, ist das Schaffen neuer Arbeitsplätze. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie prognostiziert 5,4 Millionen neue Arbeitsplätze in der Wasserstoff-Industrie bis 2050.

Noch ist Wasserstoff teuer, aber ein erfolgreicher Markthochlauf reduziert die Kosten massiv. Dann trägt nachhaltig produzierter Wasserstoff in Kombination mit gesenkten Energieverbräuchen einen großen Teil zur Dekarbonisierung der Wirtschaft bei.

Wenn man an die Gefahren von Wasserstoff denkt, erinnert man sich vielleicht an die Knallgasprobe im Chemieunterricht. Ein Luftballon wird mit Wasserstoff gefüllt, ein anderer mit Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1. An einer Schnur aufgehängt werden beide aus sicherer Entfernung entzündet. Während der reine Wasserstoff verbrennt, kommt es bei dem Gemisch zu einer lauten Explosion. Im kontrollierten Rahmen in der Schule ist diese Reaktion durchaus beeindruckend, aber ungefährlich.

Nun muss aber trennscharf betrachtet werden was Wasserstoff und was Knallgas ist. Knallgas ist immer ein Gemisch. Entweder wie bei der Knallgasprobe aus gasförmigem Wasser- und Sauerstoff (2:1) oder als Gemisch von Wasserstoff und der Umgebungsluft. Die Explosionsgrenzen sind bei letzterem weit gespreizt, von 4 bis 75,6 Vol.-% Wasserstoff. Das Verbrennen von Stoffen ist in der Regel ungefährlicher als eine Explosion. Ziel beim Umgang mit Wasserstoff ist also vor allem die Bildung von explosionsfähigen Gemischen zu vermeiden.

Stellen wir uns beispielhaft mal eine Situation mit gasförmigem Wasserstoff vor. Aus einem Leck einer freistehenden H₂-Tankstelle entweicht Wasserstoff, das H₂-Luft-Gemisch steigt aufgrund seiner geringeren Dichte als normale Luft nach oben. Im Freien verflüchtigt sich der Wasserstoff sehr schnell und es kommt nicht zu einer Knallgasbildung. Das Leck sollte möglichst schnell geschlossen und Zündquellen vermieden werden. In geschlossenen, schlecht belüfteten Räumen kann es jedoch theoretisch zur Ansammlung von Wasserstoff an der Decke kommen. Hier besteht also potenziell die Gefahr von Knallgasbildung. Daher stehen Wasserstoffanlagen an gut gelüfteten Orten, meistens im Freien. Sollte in geschlossenen Räumen Wasserstoff genutzt werden, müssen oberhalb platzierte Entlüftungsanlagen vorhanden sein. Die Prämisse ist also Anlagen immer dicht zu halten. Falls es doch zu Undichtigkeiten kommen sollte, muss die Anlage belüftet, Zündquellen vermieden und das Leck geschlossen werden.

Für einen sicheren Umgang mit Wasserstoff gibt es Sicherheitsdatenblätter, Handlungsleitfäden für die Feuerwehr, Normen für Speicher und Ventile, Technische Regeln für Betriebssicherheit und diverse weitere Dokumente. All das gibt es für jeden Stoff, der zur Energieerzeugung genutzt wird. Laut TÜV  ist das „Gefahrenpotential von Wasserstoff […] nicht größer als das von Erdöl, Erdgas oder Uran.“ Er schreibt weiter: „Die chemische Industrie nutzt Wasserstoff seit hundert Jahren. Die sicherheitstechnischen Erfahrungen gelten als gut.“

Ist Wasserstoff also gefährlich? Ja, selbstverständlich. Wie Benzin, Diesel, Propan, Methan, Biogas… Die Risiken werden durch die Einhaltung von diversen Sicherheitsmaßnahmen minimiert und gelten nicht unbedingt als höher oder niedriger als einige der zuvor genannten Stoffe. Für den Fall, dass es doch zu Problemen kommt, gibt es ebenso Protokolle, die einen sicheren Umgang gewährleisten.

In einer Hinsicht kann Wasserstoff aber dennoch konkret sehr gefährlich sein: für die Klimakrise. Nämlich dann, wenn die Produktion von Wasserstoff nicht nachhaltig erfolgt, sondern als grauer oder gar schwarzer Wasserstoff.

Schwarz, Grau, Blau, Türkis, Orange, Grün, Gelb, Pink. All diese Farben können auch als Bezeichnung für Wasserstoff dienen. Gemein haben sie das Endprodukt, völlig verschieden können ihr Ausgangsstoff und die zur Herstellung genutzte Energiequelle und somit auch die Umweltauswirkungen sein.

Schwarzer Wasserstoff wird durch Gasifizierung aus Kohle gewonnen, mit CO₂ als klimaschädlichem Nebenprodukt. Grauer Wasserstoff wird zumeist aus Erdgas hergestellt (Dampfreformierung/autotherme Reformierung), wobei ebenfalls eine Menge CO₂ entsteht. Eine dekarbonisierte Wirtschaft ist mit diesen Verfahren folglich nicht möglich.

Das andere Ende der Fahnenstange ist der grüne Wasserstoff. Dieser wird über Elektrolyse, Thermolyse oder Photolyse aus Wasser und mit Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt. Diese Verfahren sind alle CO₂-neutral, als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff, welcher in anderen Bereichen als Rohstoff verwendet werden kann.
Wenn zur Spaltung des Wassers Strom aus dem Strommix genutzt wird, spricht man von gelbem Wasserstoff, da hier systemimmanent Treibhausgasemissionen entstehen.
Für Deutschland irrelevant ist der pinke Wasserstoff, bei dem Atomstrom verwendet wird (Ausstieg aus der Kernkraft 2022).

Eine weitere Variante ist der orange Wasserstoff. Hier wird Wasserstoff direkt aus Biomasse oder mit Strom aus beispielsweise Müllheizkraftwerken gewonnen. Theoretisch ist Wasserstoff aus Biomasse treibhausgasneutral, praktisch kommt es jedoch durch den Anbau, die Aufbereitung und den Transport inhärent zu Treibhausgasemissionen.
Durch die thermische Verwertung von Siedlungsabfällen in Müllheizkraftwerken kann das Entstehen von Methan, einem deutlich potenteren Treibhausgas als CO₂, vermieden und die Energie zur Wasserstoffherstellung genutzt werden.

Der Nachteil grünen Wasserstoffs ist momentan leider immer noch, dass die erneuerbare Energie nicht ständig zur Verfügung steht. Hier kann oranger Wasserstoff bereits heute verfügbare Potenziale ideal nutzen und dabei wenig Treibhausgase emittieren.

Oranger und grüner Wasserstoff können richtig eingesetzt einen wichtigen Teil zur Dekarbonisierung diverser Sektoren beitragen und Deutschland auf den 1,5 °C Pfad bringen.

Teil 1 – Wasserstoff im Verkehr

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden Versuche mit dem Einsatz von Wasserstoffverbrennungsmotoren in Pkws unternommen, die jedoch bis 2010 überwiegend eingestellt worden sind. Zukünftig setzen die Entwickler vermehrt auf die Brennstoffzellentechnologie.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoffantrieb#Fahrzeugantriebe

Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde bereits 1838 entdeckt, gelangte aber erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zu größerer, technischer Anwendung (u.a. in der Raumfahrt und beim Bau von U-Booten). Ab dem Jahre 2000 begann die Entwicklung von Brennstoffzellen für den Einsatz in unterschiedlichen Fahrzeugen und für verschiedenste Anwendungen. Neben dem Einsatz in Flurförderfahrzeugen und Pkw, werden Brennstoffzellen insbesondere in Bussen und im Schwerlastverkehr sowie für Schienenfahrzeuge eingesetzt.
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_der_Brennstoffzellen

Im Grundsatz handelt es sich bei einem mit einer Brennstoffzelle ausgerüsteten Fahrzeug auch um ein Elektrofahrzeug, doch produzieren Wasserstoffautos ihre Energie quasi selbst. Eine Brennstoffzelle fungiert als Energiewandler und somit als Stromlieferant. Der Energiespeicher ist Wasserstoff, der als gasförmiger Kraftstoff betankt wird. Dieser reagiert in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus der Luft und erzeugt dabei Strom, der den eigentlichen Motor antreibt. Nebenprodukte sind Wärme und reines Wasser, das als Wasserdampf wieder an die Umwelt abgegeben wird. Im Betrieb also eine äußerst ökologische Antriebsart, sofern der Wasserstoff aus der Elektrolyse mittels erneuerbarer Energie (z.B. aus Windenergie) gewonnen wird.
Quelle: www.rohstoffmagazin.at/nachhaltig-mobil-mit-dem-wasserstoffauto

Die Nutzung von Wasserstoff in einer Brennstoffzelle ist quasi emissionsfrei. Elektromotoren können den erzeugten Strom beispielsweise in die Bewegung von Rädern, Schiffsschrauben oder Flugzeugturbinen umsetzen. Im Gegensatz zu batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen sind so schon heute bei höheren Fahrzeuglasten deutlich größere Distanzen möglich, was insbesondere für den Schwerlastverkehr gute Chancen für die Verkehrswende mit sich bringt.
Quelle: www.wissen.de