Eine Analyse der Wasserstofffarben und ihres Nachhaltigkeitspotenzials

Das Wasserstoff-Farbrad

Vielversprechende und technologisch zugängliche Wasserstofffarben

Grüner Wasserstoff wird aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarenergie durch einen als Wasserelektrolyse bekannten Prozess gewonnen, bei dem ein Elektrolyseur Wassermoleküle in Sauerstoff aufspaltet. Bei diesem Prozess entstehen je nach Stromquelle und Effizienz des Elektrolyseverfahrens zwischen 0 und 2,5 kg CO2 pro kg^H211, was ihn zur saubersten Form von Wasserstoff macht, die wir heute haben. Derzeit sind die Kosten für grünen Wasserstoff hoch ($3-$8 pro Kilogramm_H2)^,12 was erklären kann, warum er weniger als 0,1 % der weltweiten Wasserstoffproduktion ausmacht^.13 Um dies zu ändern, müssen Anlagen zur Herstellung von grünem Wasserstoff entwickelt werden. In Saudi-Arabien soll im Rahmen des NEOM-Projekts die weltweit größte Anlage für grünen Wasserstoff gebaut werden. Nur durch den Ausbau dieser Strukturen kann die Produktion von grünem Wasserstoff auf globaler Ebene zugänglich gemacht werden.

Gelber Wasserstoff wird ebenfalls durch Wasserelektrolyse erzeugt und nutzt Strom aus dem allgemeinen Stromnetz, das in der Regel eine Mischung aus fossilen Brennstoffen, erneuerbaren Energien und Kernkraft ist. Mit der Modernisierung der Stromnetze könnte gelber Wasserstoff mittelfristig die billigste Form des erneuerbaren Wasserstoffs werden. Schweden ist ein gutes Beispiel dafür: Ab 2024 wird der schwedische Energiemix zu etwa 99 % aus sauberen Quellen stammen.

Violetter, rosafarbener und roter Wasserstoff können ebenfalls als saubere Energiequellen betrachtet werden, da sie bei ihrer Herstellung kein_CO2 ausstoßen. Wie grüner Wasserstoff sind sie Produkte der Wasserelektrolyse, werden aber mit Kernkraft und Wärme statt mit erneuerbaren Energiequellen betrieben. Das bedeutet, dass sie keine CO2-Emissionen verursachen, wenn die Kernkraftquelle emissionsfrei ist. Diese Wasserstofffarben sind derzeit leichter zugänglich als grüner Wasserstoff, da die Produktionsanlagen (Kernkraftwerke) häufiger zu finden sind. Der Preis für die Produktion kann jedoch je nach politischer und öffentlicher Akzeptanz von Kernkraftwerken von Region zu Region erheblich schwanken.

NEOMs grüne Wasserstoffproduktion erklärt

Potenziell saubere Wasserstofffarben in frühen Entwicklungsstadien

Orange Hydrogen zielt auf die Produktion von Wasserstoff aus Kunststoffabfällen durch Pyrolyse, Mikrowellenkatalyse und Photoreformierung. Diese technischen und chemischen Verfahren zersetzen Kunststoffabfälle in Abwesenheit von Sauerstoff mit Hilfe von Mikrowellenenergie und lichtaktivierten Katalysatoren. Ziel ist es, Wasserstoff aus Kunststoff zu gewinnen, um den Abfall in eine wertvolle Energiequelle zu verwandeln. Diese komplexe Technologie bedarf noch der Feinabstimmung und ist noch nicht in industriellem Maßstab ausgereift. Die Zusammensetzung von Kunststoffen ist sehr unterschiedlich (Polyethylen vs. PVC), so dass es schwierig ist, genügend Wasserstoff zu gewinnen. Katalysatoren sind ein wesentlicher Bestandteil des Produktionsprozesses, aber sie sind derzeit sehr teuer, fehleranfällig und nicht für die großtechnische Produktion optimiert.

Bei Turquoise Hydrogen handelt es sich um Wasserstoff, der nach einer Methanpyrolyse aus Erdgas gewonnen wird. Erdgas wird bei hohen Temperaturen in Wasserstoff und festen Kohlenstoff zerlegt. Da der Kohlenstoff fest ist, wird er nicht in die Atmosphäre freigesetzt, sondern muss gelagert werden, was zu zusätzlichen logistischen Belastungen führen kann. Die Aufrechterhaltung der hohen Temperaturen, die für den Produktionsprozess erforderlich sind, ist eine Herausforderung und derzeit sehr energieintensiv und teuer. Da dieser Wasserstoff in der Produktionsphase immer noch Methan benötigt, können die Lecks in der Lieferkette die Klimavorteile untergraben. Türkisfarbener Wasserstoff braucht zwar noch einige Zeit, bis er sich als saubere Lösung bewährt hat, könnte aber durchaus eine Alternative werden.

Ein Einblick in die Produktion von türkisfarbenem Wasserstoff:

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Was zu beachten ist

Das nachhaltige Potenzial einer Energie hängt in hohem Maße von dem Produktionsprozess ab, der zu ihrer Entstehung führt. Elektrofahrzeuge sind unbestreitbar eine Möglichkeit, unsere Treibhausgasemissionen zu reduzieren, da sie direkt viel weniger Kohlenstoff freisetzen als Autos, die mit Erdgas betrieben werden. Um jedoch eine endgültige und positive Auswirkung auf die Umwelt zu haben, müssen Lösungen zur Verringerung unseres Kohlenstoff-Fußabdrucks im Produktionsprozess weiter entwickelt werden. Wenn die Quelle des elektrischen Stroms oder der Batterien auf lange Sicht weiterhin fossile Brennstoffe oder andere kohlenstoffemittierende Materialien sind, werden wir unsere Probleme nur verstecken und hinauszögern, anstatt Lösungen zu finden.

Dieser Grundsatz gilt auch für die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologien. Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt, dass im Jahr 2023 nur 1 % (!) der weltweiten Wasserstoffproduktion als sauber angesehen werden kann. Nach Hochrechnungen von McKinsey könnte diese Zahl bis 2030 auf 30 % steigen. Eine erhebliche Ausweitung der Technologien zur Erzeugung von sauberem Wasserstoff ist von entscheidender Bedeutung, wenn grüner Wasserstoff zu einer weltweit erschwinglichen Option werden soll.

Zum Glück gibt es die Technologien zur Entwicklung einer sauberen Wasserstoffproduktion bereits! Die Stiftung Solar Impulse hat innovative Technologien wie die Hydrogen Solution von Ways2H, bei der Abfallströme ohne Verbrennung in sauberen Wasserstoff umgewandelt werden, beobachtet und gekennzeichnet. Dieser thermochemische Prozess erzeugt Synthesegas und hinterlässt als Nebenprodukt reinen Kohlenstoff, Holzkohle. Die Holzkohle wird dann gesammelt und zusammen mit dem verbleibenden Abgas als Brennstoff verwendet, um ausreichend Energie für die thermochemische Umwandlung des Abfallrohstoffs zu erzeugen. Diese Technologie wurde vom Vereinigten Königreich übernommen , um Abfall in Kraftstoff umzuwandeln und bis zu 1 600 Brennstoffzellenbusse pro Tag zu versorgen. Durch die Bereitstellung von 500 kg bis 1 Tonne erneuerbaren Wasserstoffs pro Tag für Schwerlastkraftwagen, Lastkraftwagen oder andere schwere Nutzfahrzeuge können diese Fahrzeuge 11.000 Straßenkilometer zurücklegen!

Die Entwicklung bestehender Technologien und das Aufkommen alternativer Lösungen könnte auch neue Beschäftigungsmöglichkeiten für Arbeitnehmer eröffnen, die von der fossilen Brennstoff- oder Ölindustrie in den Bereich der sauberen Energien wechseln müssen, sei es als Betriebs- oder Bauarbeiter in einer Elektrolyt-Wasserstoff-Anlage. Die britische Regierung geht davon aus, dass ihre Wasserstoffstrategie bis zum Ende des Jahrzehnts zur Schaffung von 64.000 Arbeitsplätzen und zu einer jährlichen Bruttowertschöpfung von über 7 Milliarden Pfund führen könnte.

ZeroAvia's wasserstoffbetriebenes Flugzeug, der erste emissionsfreie kommerzielle Passagierflug zwischen Rotterdam und London

Schlusswort

Zu sagen, dass eine Technologie Potenzial hat, ist eine Sache, aber nur wenn diese Worte mit konkreten Maßnahmen untermauert werden, können wichtige Interessengruppen davon überzeugt werden, in den Übergang zu Wasserstofflösungen zu investieren. Projekte wie Ways2H's Hydrogen Solution oder Climate Impulse könnten eine Schlüsselrolle dabei spielen, der Welt zu beweisen, dass Wasserstoff ein Weg voller neuer Möglichkeiten sein kann, sowohl aus umweltfreundlicher als auch aus finanzieller Sicht.

Pioniere sind immer die ersten, die sich in ein Abenteuer stürzen, aber ihre Taten zielen darauf ab zu zeigen, dass das, was anfangs für unmöglich gehalten wurde, erreicht und in größerem Maßstab reproduziert werden kann!