Wasserstoffforschung
Macht klimafreundlich, was derzeit noch den Treibhausgas-Effekt verstärkt: Mit Grünem Wasserstoff können die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität sowie die Industrie nachhaltig gestaltet werden. Fotomontage: hankimage9, Adobe Stock

Die Bundesregierung hat im Juni 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Sie soll die deutsche Wasserstoffforschung erheblich stärken. Welchen Beitrag die Kopernikus-Projekte dabei leisten und welche Projekte es außerdem noch gibt

Grüner Wasserstoff ist zentral für das Erreichen der Pariser Klimaschutz-Ziele: Mit seiner Hilfe ist es möglich, Deutschlands größte Treibhausgas-Verursacher klimafreundlich umzugestalten und gleichzeitig den Technologiestandort Deutschland zu stärken. Denn:

  • Grüner Wasserstoff kann als Treibstoff für Autos dienen. Zusammen mit Kohlenmonoxid lässt er sich in klimafreundliche Kraftstoffe umwandeln, die LKWs, Schiffe und Flugzeuge antreiben.
  • Grüner Wasserstoff kann Brennöfen der Industrie anfeuern. Mithilfe von Brennstoffzellen beheizt er außerdem Gebäude. Alternativ lässt sich aus ihm und Kohlendioxid Methan herstellen, das als Heizgas in Privathaushalten und der Industrie dienen kann.
  • Grüner Wasserstoff ist zusammen mit Kohlendioxid Baustein für Polymere, die die Chemieindustrie dringend benötigt. So können beispielsweise Produkte für den Kunststoffsektor hergestellt werden.
  • Grüner Wasserstoff lässt sich in Strom umwandeln, um Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.

Wasserstoff-Farbenlehre

Je nach Ursprung wird Wasserstoff unterschiedlich bezeichnet – im Sprachgebrauch verwendet man deshalb Farben für das in Wahrheit farblose Gas. Hier ein Überblick:

  • Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO2 gespalten. Das CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO2.
  • Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (Englisch: Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden.
  • Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu 100% aus erneuerbaren Quellen stammt und damit CO2-frei ist.
  • Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.

Wie die Kopernikus-Projekte zum Thema Wasserstoff forschen

Um Grünen Wasserstoff marktfähig zu machen und seine industrielle Produktion, Transportfähigkeit sowie Nutzbarkeit zu ermöglichen, hat die  Bundesregierung die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen. Damit wird die Wasserstoff-Forschung massiv gestärkt.

Schon seit 2016 forschen auch die Kopernikus-Projekte zum Thema Wasserstoff. Insbesondere das Kopernikus-Projekt P2X befasst sich mit der Wasserstoff-Erzeugung, -Transportierbarkeit und -Nutzung. In seiner zweiten Förderphase (2019-2021) forscht das Projekt-Team zu folgenden Fragen:

  • Wie kann mit Hilfe von erneuerbarer Energie möglichst effizient Grüner Wasserstoff gewonnen werden?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff möglichst effizient gespeichert und transportiert werden?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff als Rohstoff für die Chemie- und Kosmetik-Industrie dienen?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff genutzt werden, um Brennöfen der Industrie zu betreiben?
  • Wie könnten kosteneffiziente Wasserstofftankstellen aussehen?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff für die Produktion klimafreundlicher Kraftstoffe für Autos und Flugzeuge eingesetzt werden?

Auch bei Rheticus steht Wasserstoff im Fokus. Rheticus ist aus P2X entstanden und untersucht, wie man CO2 als Rohstoff nutzen kann – statt ihn klimaschädlich in die Atmosphäre entweichen zu lassen. Dazu stellt das Projekt aus CO2, Wasser und erneuerbarer Energie zunächst ein Gemisch aus Grünem Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Synthesegas) her, das Bakterien dann in Alkohole umsetzen. Diese Alkohole können anschließend zur Erzeugung von Kunststoffen, Nahrungsergänzungsmitteln und Kraftstoffen genutzt werden.

Das Kopernikus-Projekt ENSURE untersucht zudem, wie Wasserstoff in die Energieversorgung der Zukunft integriert wird.

Das Kopernikus-Projekt SynErgie analysiert, welche Rolle Wasserstoff bei flexiblen Industrieprozessen spielt.

So verläuft der Weg des Wasserstoffs: Wind, Sonne, Biomasse und Wasser produzieren erneuerbare Energie. Sie wird genutzt, um Wasser-Elektrolyse zu betreiben. Dabei wird Wasser (H2O) unter Strom gesetzt, wobei es sich in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) teilt. Der hierbei gewonnene Wasserstoff wird dann für die Nutzung transportiert. Grafik: Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF

Weitere Forschungsprojekte zum Thema Wasserstoff

Neben den Kopernikus-Projekten fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung bereits heute zahlreiche weitere Forschungsprojekte mit Bezug zum Thema Grüner Wasserstoff. Die fünf wichtigsten im Überblick:

  • Das Projekt Carbon2Chem will die im Stahlwerk von ThyssenKrupp anfallenden Abgase (sogenannte Hüttengase) statt sie klimaschädlich in die Atmosphäre entweichen zu lassen als Rohstoff nutzen. Dafür nutzt es einerseits den Wasserstoff, der Teil der Abgase ist – und erzeugt andererseits zusätzlich Grünen Wasserstoff durch eine eigene 2MW-Elektrolyse. Der Wasserstoff wird benötigt, um aus den Abgasen Endprodukte wie Dünger, Kunststoffe und synthetische Kraftstoffe herzustellen.

  • Die Machbarkeitsstudie MACOR untersucht am Beispiel des Stahlwerks in Salzgitter, wie und ob eine umweltfreundlichere Stahlproduktion möglich ist, wenn Grüner Wasserstoff statt Kohle zum Heizen benutzt wird.

  • Das Projekt NAMOSYN widmet sich der Analyse und Beurteilung von synthetischen Kraftstoffen – unter anderem hergestellt mithilfe von Grünem Wasserstoff.

  • Die deutsch-französischen Projekte BRIDGE und LivingH2untersuchen, wie die Wasserstoff-Brennstoffzelle verbessert und eine komplette Haus-Energieversorgung mit Wasserstoff aussehen könnte. Das Projekt CatVIC - ebenfalls Teil der Deutsch-französischen Kooperation - will die CO2-Abgase eines französischen Chemiewerks nutzen, um aus ihnen und  Grünem Wasserstoff wiederum Chemikalien herzustellen. 
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