Wasserstoff und Energie

Wasserstoff trägt zur effizienten Energieerzeugung und –nutzung bei. Ganz ohne Verbrennung erzeugen Brennstoffzellen aus umweltschonendem Wasserstoff Wärme und Strom.

Wasserstoff als Energieträger der Energiewende

Für die Energiewende bietet grüner Wasserstoff mehrere Vorteile. So verursacht er bei seiner Herstellung und Verwendung keine Treibhausgasemissionen und als Restprodukt lediglich Wasserdampf. Überschüssige Energie in einem volatilen Stromsystem lässt sich durch Elektrolyse in Wasserstoff umwandeln, speichern und so je nach Bedarf in industriellen Prozessen, zur Betankung von Straßen-, Luft- oder Wasserfahrzeugen und zur Rückverstromung nutzen. Durch den Einsatz von Wasserstoff lassen sich damit Anwendungsfelder dekarbonisieren, für die eine Elektrifizierung nicht oder nur schwer umsetzbar ist. Als Beispiel gelten eine CO₂-arme Stahlproduktion, eine grüne Strom- und Wärmeerzeugung oder brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge.

Wasserstoff lässt sich mit geringem Anpassungsbedarf im Erdgasnetz transportieren und speichern. Dies ist ein großer Vorteil für die Transformation zu einem klimaneutralen Energiesystem, da die Infrastrukturen in vielen Bereichen bereits vorhanden sind und durch Umstellung für das grüne Gas genutzt werden können.

Auch eine Verwendung von Wasserstoff zur Gebäudebeheizung ist praktisch möglich. Teils ist der Betrieb vorhandener Gastechnik mit geringen Anpassungen auf den Betrieb mit Wasserstoff umrüstbar. Wasserstoff kann dabei eine Möglichkeit darstellen, den erneuerbaren Energieanteil im Wärmebereich zu erhöhen. Dies bietet sich vorrangig in Gebieten an, die über ein Wasserstoffnetz verfügen. Grundsätzlich sollte gerade in der Hochlaufphase Wasserstoff vorrangig in schwer zu dekarbonisierenden Bereichen eingesetzt werden und erst nachrangig zu Heizzwecken, um die anfänglich knappe Ressource möglichst effektiv zur Erreichung der Klimaziele einzusetzen.

Wasserstofffähige Kraftwerke

Die Bundesregierung hat sich Anfang Februar 2024 auf Eckpunkte der kommenden Kraftwerksstrategie für systemdienliche Anlagen zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit im Stromsektor verständigt. Der erste Baustein des Pakets ist ein technologieneutraler und marktbasierter Kapazitätsmechanismus im Stromsektor, über den bis spätestens Sommer 2024 politisch entschieden werden soll und der dann spätestens 2028 startet. Das energiewirtschaftsrechtliche Instrument soll in eine ebenfalls bis Sommer 2024 zu treffende politische Einigung über das künftige Strommarktdesign eingebettet werden. Der zweite Baustein des Pakets umfasst die möglichst kurzfristige Ausschreibung von neuen und systemdienlichen H2-Ready-Kraftwerkskapazitäten im Umfang von bis zu 4 mal 2,5 GW, in Summe also 10 GW. Diese Anlagen sollen ab einem 2032 festzulegenden Umstiegsdatum zwischen 2035 und 2040 vollständig auf Wasserstoff umgestellt werden. Die Förderungen werden aus dem Klima- und Transformationsfonds des Bundes finanziert. Für das Saarland ist die kommende Kraftwerksstrategie der Bundesregierung essentiell, da die bestehenden Steinkohlekraftwerke perspektivisch durch neue H2-Ready-Gaskraftwerke ersetzt werden sollen.

Brennstoffzellen zur Energieerzeugung

Brennstoffzellen lassen sich neben der Herstellung von Wasserstoff auch für die Erzeugung elektrischer Energie einsetzen. Damit lassen sich zum Beispiel elektrische Antriebe oder Anwendungen in der Energieversorgung realisieren. Dabei wird durch die Reaktion von Brennstoff (Wasserstoff, Erdgas, Methanol) mit Sauerstoff chemisch gespeicherte Energie in Strom gewandelt. So bieten sich zwei grundlegende Anwendungsfälle für die Energieerzeugung mittels Brennstoffzellen:

1. In einem Energiesystem mit hohem Anteil erneuerbarer Energien ist die Erzeugung abhängig vom Wind- und Sonnendargebot – also volatil. So kann es mitunter zu mehr Erzeugung als Verbrauch oder andersherum kommen. Hier bietet eine Speicherung von überschüssiger Energie in Wasserstoff einen Weg, um mit diesem in Zeiten geringer erneuerbarer Erzeugung wieder Strom zu erzeugen und damit die Volatilität auszugleichen. Damit können mittels Brennstoffzellen Abschaltungen von Erzeugungsanlagen bei Netzengpässen vermieden und das Stromsystem entlastet und teils stabilisiert werden.
2. Brennstoffzellen können auch für die Energieerzeugung in stationären, dezentralen Anwendungen dienen. Dabei können sie zum Beispiel in kritischen Infrastrukturen wie Krankenhäusern, Rechenzentren, Telekommunikationsinfrastruktur oder in Katastrophenfällen als Stromlieferant dienen. Auch für Quartierslösungen kommen Brennstoffzellen in Betracht. Der Vorteil ist, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Stromaggregaten deutlich Effizienter und damit klimaschonender sind.

Gleichzeitig entsteht bei Brennstoffzellen Abwärme, die zur Effizienzsteigerung für Heizzwecke im Sinne der Kraft-Wärme-Kopplung mitverwendet werden kann. So lassen sich mittels stationärer Brennstoffzellen deutlich höhere elektrische Wirkungsgrade (rund 60 Prozent) gegenüber herkömmlichen Blockheizkraftwerken (rund 20 bis 40 Prozent) erzielen. Dies senkt schon bei gleichem Energieeinsatz (z.B. Erdgas) deutlich die CO₂-Emissionen. Bei vollständigem Betrieb mit Wasserstoff entstehen im Prozess keine CO₂-Emissionen, wodurch eine klimafreundliche Energie- und Wärmeversorgung umgesetzt werden kann.

Als Beispiele für die Energieerzeugung aus stationären Brennstoffzellen finden Sie auf der Seite Saarland Wasserstoffland nähere Informationen zu den Projekten: „BoschPowerUnits“ zur Erstindustrialisierung von stationären Brennstoffzellen und „HyPower Moselle/Saar“ zur Energieerzeugung mittels Multi-MW-Brennstoffzellen.

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