Gr\u00fcner Wasserstoff gilt als zentrales Element der Energiewende. Bislang wird das Gas vor allem mittels Elektrolyse produziert, ein Prozess, der viel Strom verbraucht. Es gibt jedoch vielversprechende biobasierte Ans\u00e4tze f\u00fcr die Wasserstoffgewinnung, in denen Algen und Bakterien eine wichtige Rolle spielen. Dieses Dossier stellt aktuelle Forschungsans\u00e4tze vor.<\/p>\n\n\n\n
Wasserstoff ist ein Energietr\u00e4ger, der CO2-arm erzeugt werden kann. Das leichte Gas besitzt eine viel h\u00f6here Energiedichte als herk\u00f6mmliche Kraftstoffe. Bei seiner Verbrennung entsteht Wasser und W\u00e4rme \u2013 die Nutzung verursacht damit keinen Kohlenstoff-Fu\u00dfabdruck.<\/p>\n\n\n\n
Daher gilt Wasserstoff als zentrales Element der Energiewende: In Zukunft soll Wasserstoff klimafreundliche Flugzeuge, Schiffe und Lastwagen antreiben und die Herstellung von gr\u00fcnem Stahl m\u00f6glich machen. Damit den Wasserstoff als \u201egr\u00fcn\u201c bezeichnen kann, muss das Gas per Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt werden \u2013 ein Prozess, der energieintensiv und kostspielig ist.<\/p>\n\n\n\n
Eine vielversprechende Alternative in puncto Nachhaltigkeit ist biobasierter Wasserstoff, der aus Biomasse oder mithilfe von Mikroorganismen und Algen gewonnen wird. Welche biobasierten Produktionsmethoden f\u00fcr die Wasserstoff-Erzeugung es gibt und welches Potenzial und welcher technische Entwicklungsstand f\u00fcr die unterschiedlichen Nutzungsbereiche besteht, analysiert dieses Dossier.<\/p>\n\n\n\n
Wasserstoff ist bunt \u2013 zumindest seine sprachliche Klassifizierung: Grauer Wasserstoff dominiert heute den Markt und stammt aus fossilen Quellen. Zumeist wird er aus Erdgas erzeugt, ein Prozess, bei dem je Tonne Wasserstoff etwa zehn Tonnen Kohlendioxid (CO2) in die Atmosph\u00e4re entweichen und der bei Temperaturen von 500 bis 1.000 Grad Celsius stattfindet. Neben der chemischen Herstellung aus Erdgas entsteht Wasserstoff heute vor allem als Nebenprodukt chemischer Prozesse.<\/p>\n\n\n\n
Wird CO2 bei der Produktion aufgefangen und gespeichert, spricht man von Blauem Wasserstoff. Blauer Wasserstoff nutzt somit weiterhin fossile Ressourcen und hilft bei der Energiewende nicht weiter. T\u00fcrkisfarbener Wasserstoff entsteht aus Methan, das thermisch gespalten wird. Das ist dann CO2-neutral, wenn die thermische Energie aus erneuerbaren Quellen stammt und der dabei entstehende feste Kohlenstoff dauerhaft gebunden wird und nicht als CO2 in die Atmosph\u00e4re gelangt. Garantiert CO2-neutral ist nur Gr\u00fcner Wasserstoff. Er stammt aus erneuerbaren Quellen, etwa der Elektrolyse von Wasser, die durch Strom aus erneuerbaren Quellen angetrieben wird oder biologischen Ressourcen.<\/p>\n\n\n\n
Biobasierter Wasserstoff wird entweder aus Biomasse gewonnen oder mittels lebender Biomasse \u2013 also durch Stoffwechselleistungen lebender Organismen \u2013 hergestellt.<\/p>\n\n\n\n
Eine Tonne Wasserstoff enth\u00e4lt 33.330 Kilowattstunden Energie. Er kann direkt, weiterverarbeitet zu Methan oder als Beimischung zum Erdgas, als Brennstoff verwendet werden. Um die Energie in Strom zu verwandeln, kommen Brennstoffzellen zum Einsatz. Darin reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander; es entsteht Wasser und Strom. Wird die entstehende Prozessw\u00e4rme genutzt, spricht man von Kraft-W\u00e4rme-Koppelung.<\/p>\n\n\n\n
Brennstoffzellen mit Kraft-W\u00e4rme-Koppelung werden beispielsweise in gr\u00f6\u00dferen Geb\u00e4uden als Heizung genutzt. W\u00e4hrend in Japan mehrere hunderttausend Geb\u00e4ude bereits so beheizt werden, ist in Deutschland die Kombination aus W\u00e4rmepumpe und Photovoltaik popul\u00e4rer. Weiterhin treiben Brennstoffzellen Fahrzeuge an, vom Gabelstapler bis zum Omnibus. Weltweit ist die Zahl der eingesetzten Brennstoffzellen jedoch erst f\u00fcnfstellig. Prototypen und Kleinserien gibt es au\u00dferdem in der Luftfahrt, Schifffahrt und beim Zugverkehr. Derzeit wird die Bedeutung von Wasserstoff als Energiespeicher intensiv untersucht. So k\u00f6nnte beispielsweise \u00fcbersch\u00fcssiger Windstrom in Wasserstoff umgewandelt werden, der dann ins Erdgasnetz eingespeist wird oder im Mobilit\u00e4tssektor als Treibstoff oder Rohstoff f\u00fcr die Erzeugung synthetischer Treibstoffe (E-Fuels) dient.<\/p>\n\n\n\n
Wasserstoff ist zudem ein unverzichtbares Reduktionsmittel in der chemischen Prozessindustrie, mit dessen Hilfe Kohlenstoffatome zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden. In einer Industrie, die sich immer st\u00e4rker auf erneuerbare Kohlenstoffquellen (zum Beispiel CO2) st\u00fctzt und einen geschlossenen technischen Kohlenstoffkreislauf anstrebt, spielt Gr\u00fcner Wasserstoff eine zunehmend wichtige Rolle.<\/p>\n\n\n\n
Bislang ist Gr\u00fcner Wasserstoff nicht in ausreichender Menge verf\u00fcgbar, um einen signifikanten Beitrag zur Energiewende zu leisten. Das soll sich nach den Pl\u00e4nen der Bundesregierung \u00e4ndern., die dazu im Jahr 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen hat. Bis 2030 soll damit der Markthochlauf national wie international gest\u00e4rkt und mit Nachdruck vorangetrieben werden. Auch die neue Bundesregierung will schnell den Aufbau einer Wasserstoff\u00adindustrie forcieren und hat dazu eine \u00dcberarbeitung der Wasserstoffstrategie angek\u00fcndigt. Doch Deutschland wird allein nicht genug Wasserstoff produzieren k\u00f6nnen. J\u00fclicher Forschende haben f\u00fcr das Jahr 2045 eine Nachfrage von rund 414 Terawattstunden berechnet, davon muss fast die H\u00e4lfte importiert werden.<\/p>\n\n\n\n
Der Fokus soll dabei auf Gr\u00fcnem Wasserstoff liegen, wenngleich die Bundesregierung davon ausgeht, dass zun\u00e4chst und vor allem international auch Blauer und T\u00fcrkisfarbener Wasserstoff eine Rolle spielen werden. Biobasierten Wasserstoff erw\u00e4hnt die Nationale Wasserstoffstrategie nur an einer Stelle \u2013 als zukunftsweisende Grundlagenforschung. Dieses Dossier stellt unterschiedliche biobasierte Ans\u00e4tze vor.<\/p>\n\n\n\n
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