Wasserstoff – ein Element der Zukunft

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum, das 75% der Gesamtmasse bzw. 93% aller Atome im Sonnensystem ausmacht. Auf der Erde kommt Wasserstoff hauptsächlich als Bestandteil von Wasser (H2O) und in vielen organischen Verbindungen vor.
Wasserstoff ist demzufolge überall in großen Mengen vorhanden – allerdings bemerken wir ihn kaum, weil er sehr leicht ist. In reiner Form ist er auf der Erde nur sehr selten vorhanden, weil dieses Gas sehr reaktionsfreudig ist.

Da Wasserstoff nicht oder nur sehr selten in reiner Form vorkommt, wird er künstlich erzeugt. Alle Verbindungen, in denen Wasserstoff vorkommt - also Wasser, aber auch Erdgas, Methan oder Biomasse - können hierfür als Rohstoff verwendet werden.
Grüner Wasserstoff lässt sich heute deutlich einfacher herstellen als Biomethan (grünes Erdgas). Somit ist er eine attraktive Alternative zum Erdgas. Grüner Wasserstoff gilt derzeit als einer der wichtigsten Pfeiler, um die Energiewende voranzutreiben und die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen

Wie lässt sich grüner Wasserstoff herstellen?

Als Energieträger kann Wasserstoff Energie speichern und transportieren. Deshalb wird zur Herstellung Primärenergie benötigt. Je nach Primärenergiequelle werden dem Wasserstoff in der Namensgebung unterschiedliche Farben und Bezeichnungen zugeordnet.
Grüner Wasserstoff entsteht durch die Elektrolyse von Wasser mit ausschließlich erneuerbarem Strom. Somit verursacht er keine direkten CO₂-Emissionen. Allerdings wird dabei nur ein Teil der eingesetzten Energie in Wasserstoff umgewandelt – ein kleinerer Teil wird in Wärme umgewandelt. Grüner Wasserstoff ist trotzdem ein wichtiger Baustein der Energiewende.

Wie sicher ist Wasserstoff?

Der Umgang mit Wasserstoff ist nicht gefährlicher als der mit anderen gasförmigen Energieträgern. Aufgrund seiner geringen Dichte wird er gasförmig unter hohem Druck oder flüssig bei niedriger Temperatur gespeichert. Erfahrungen aus langjähriger Nutzung bestätigen die Sicherheit.

Die Gefahr, dass sich Wasserstoff entzünden oder gar explodieren kann, ist sehr gering. Wasserstoff an sich ist nicht brennbar. Nur in Verbindung mit Sauerstoff wird Wasserstoff zu einem zündfähigem Gemisch. Explosiv wird Wasserstoff erst, wenn ein Sauerstoffanteil von mindestens 18% vorliegt. Die Vermengung dieser beiden Elemente ist jedoch recht schwierig, weil Wasserstoff zirka 14mal leichter ist als Luft und sich schnell verflüchtigt. Die Nutzung von Wasserstoff ist also als sehr sicher einzustufen.

Wer produziert Wasserstoff?

Mehrere Länder, darunter Deutschland, Frankreich, die Niederlande, Dänemark und Schweden, planen die großtechnische Produktion von grünem, violettem, blauem und türkisen Wasserstoff.

Um die großen Mengen des globalen Bedarfs bereitstellen zu können, wird Wasserstoff ein global gehandeltes Produkt. Dazu führt die deutsche Bundesregierung bereits Gespräche mit Ländern wie z.B. Algerien, Namibia, Indien, Canada, Saudi-Arabien, um Lieferverträge abzuschließen. Für grün produzierten Wasserstoff müssen in diesen zukünftigen Partnerländern erneuerbare Stromerzeugungsanlagen (z.B. PV, Wind, Wasserkraft) in großen Mengen aufgebaut werden. Alle Anlagen um die zukünftige Wasserstoffproduktion bewerkstelligen zu können, sind heute in den ersten Konzept- und Planungsphasen.

Der in Deutschland produzierte Wasserstoff wird überwiegend aus Überschussstrom produziert, der nicht direkt genutzt oder über die Stromnetze abtransportiert werden kann. Im SWU-Netzgebiet wird Wasserstoff zukünftig von der SWU Energie GmbH und anderen Akteuren dezentral produziert.

Die Verwendung von grünem Wasserstoff für Wärme und Mobilität

Mit Wasserstoff könnten Schwankungen bei der Versorgung mit elektrischer Leistung aus Erneuerbaren Energien ausgeglichen werden: Erneuerbare Energie aus Wasserkraft, Sonne oder Wind steht nicht immer in konstanter Menge zur Verfügung. Wasserstoff kann dann erzeugt werden, wenn ein Überschuss an Erneuerbaren Energien vorliegt und er kann verstromt werden, wenn ein Mangel vorliegt.

Welche H2-Varianten gibt es neben grünem Wasserstoff?

Neben dem umweltfreundlichen grünen Wasserstoff gibt es Grauen Wasserstoff (ausschließlich aus Fossilen Brennstoffen gewonnen), Blauen Wasserstoff (grauer Wasserstoff, bei dem Kohlendioxid abgetrennt und gespeichert wird) und Türkisen Wasserstoff (Herstellung durch die thermische Spaltung von Methan). Darüber hinaus gibt es den Roten Wasserstoff, welcher zwar klimaneutral erzeugt wird, jedoch mit dem Strom von Kernkraftwerken und den seltenen Weißen Wasserstoff (gewonnen mittels Fracking-Technologien).

Wie kann Wasserstoff transportiert werden?

Die Art des Transportes ist vom jeweiligen Aggregatszustand des Wasserstoffs abhängig. Flüssigwasserstoff wird in der Regel in speziellen Tanks auf LKWs oder Schiffen transportiert. Außerdem lässt er sich gut mittels Pipeline verbreiten.

Gasförmiger Wasserstoff kann wie Erdgas in Gasleitungen transportiert werden. Somit ließe sich jeder Haushalt mit Wasserstoff versorgen. Allerdings müssen dafür die bestehenden Netze erst „Wasserstoff-ready“ gemacht werden. In unserer Region übernehmen Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm Netze GmbH diese Aufgabe. Neue Gasleitungen werden seitens der Stadtwerke nur noch so gebaut, dass durch sie Wasserstoff geleitet werden kann. Im bestehenden Netz werden die Leitungen bei Ertüchtigungen nachgerüstet.

Wann kommt der Wasserstoff in unsere Region?

Das H2-Kernnetz wird voraussichtlich bis 2032 direkt an Ulm vorbeiführen, so dass ab diesem Zeitpunkt die Beimischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz möglich ist. In den kommenden Jahren können sich zusätzlich dezentrale Wasserstoffproduktionsanlagen entwickeln, die sowohl zur Beimischung als auch zur Verteilung von reinem Wasserstoff beitragen.

Welche Rolle spielen die Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm als Netzbetreiber?

Derzeit können dem bestehenden Erdgasnetz 5 Volumenprozent Wasserstoff beigemischt werden. Da die Auswirkungen auf das Material zwischen Erdgas und H2 unterschiedlich sind, prüfen wir derzeit die Verträglichkeit unserer Netze und Anlagen. Absolute Versorgungssicherheit ist auch im Bereich Wasserstoff unser erstes Ziel.

Um den Einsatz von Wasserstoff im Erdgasnetz bis 2040 (spätestens 2045) zu ermöglichen, werden Umstellungszonen auf Kundenebene (Nieder- und Mitteldruck) definiert. Die Wasserstoffanteile in den Umstellungszonen werden unter Berücksichtigung aller Netzkomponenten und Anlagen ermittelt, wobei die Entscheidungen auf kommunaler Ebene gemeinsam getroffen und nicht allein vom Netzbetreiber festgelegt werden.

Die Umstellungszonen werden in Abstimmung mit den Kommunen und unter Berücksichtigung der lokalen Anforderungen gemeinschaftlich definiert. Auf dieser Grundlage wird eine Strategie zur Transformation der Gasnetze erarbeitet.

Welche Ziele haben die Stadtwerke?

Neben einer sicheren Versorgung mit Wasserstoff im Allgemeinen legen wir unseren Fokus auf den grünen Wasserstoff. Deshalb liefern wir nicht nur die für die Erzeugung erforderliche grüne Energie, sondern forcieren auch die Gewinnung von grünem Wasserstoff. Derzeit planen wir den Bau einer Zwei- bis Drei-Megawatt-Anlage (H2-Factory) in der Ulmer Wissenschaftsstadt. Parallel dazu planen wir unter dem Namen „H2-Bridge“ den Bau einer Zehn-Megawatt-Elektrolyse-Anlage im Ulmer Norden. Mit dem Bau dieser Anlagen wird auch die Forschungsarbeit zum Thema Wasserstoff unterstützt.