Wasserstofferzeugung: Wie funktioniert das?

Wasserstoff ist Bestandteil von nahezu allen organischen Verbindungen. Er gilt als das in unserem Universum häufigste chemische Element. Allerdings kommt er nicht allein, sondern in der Natur nur in gebundener Form vor, zum Beispiel als Wasser – chemisch betrachtet eine Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindung. Auch Erdgas enthält viel Wasserstoff.

Im Grunde genommen wird Wasserstoff also nicht erzeugt, sondern liegt bereits in gebundener Form vor. Die Wasserstofferzeugung dreht sich also um die Abspaltung des Wasserstoffs von der jeweiligen wasserstoffhaltigen Verbindung. Je nach Trägerstoff variieren deshalb auch die Verfahren.

Den aktuell größten Anteil an der Wasserstofferzeugung hat die Dampfreformierung. Meist dient das Methan des Erdgases als Brennstoff. Bei dieser Art der Dampfreformierung reagiert Wasserdampf mit Methan zunächst zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Um den Ertrag zu steigern und somit den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird im zweiten Schritt – einer sogenannten Wassergas-Shift-Reaktion – das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert. Zwar ist dieses Verfahren das kostengünstigste zur Wasserstofferzeugung, doch bei der Dampfreformierung entsteht eben nicht nur reiner Wasserstoff, sondern auch eine große Menge Kohlenstoffdioxid. Das Verfahren ist also nicht klimaneutral.

Ein weiteres Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die Elektrolyse. Dabei wird Wasserstoff durch den Einsatz von elektrischem Strom von der Wasserstoffverbindung abgespaltet. Wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt, kann Wasserstoff auf diese Weise klimaneutral erzeugt werden. Denn bei den verschiedenen Elektrolyse-Verfahren lässt sich das entstandene Kohlenstoffdioxid weiternutzen, um ein Synthesegas herzustellen, das später als Kohlenstoffquelle für unterschiedlichste Produkte genutzt werden kann.

Aus Erdgas und Biomasse lässt sich auch mithilfe der Methan-Pyrolyse Wasserstoff erzeugen. Dabei fließt das im Trägerstoff enthaltene Methan in einen auf mehr als 1.000 Grad Celsius erhitzten Reaktor-Behälter, der flüssige Salze oder Plasma enthält. Im Inneren findet die Abspaltung statt, sodass gasförmiger Wasserstoff und fester Kohlenstoff entstehen. Damit der Prozess CO₂-neutral ist, wird der Strom zum Betreiben der Anlage aus regenerativen Energien bezogen. Der feste Kohlenstoff kann – ähnlich zur Elektrolyse – vielfältig weiterverwendet werden, etwa im Straßenbau oder als Graphitersatz für Batteriematerialien.

Wasserstoff wird mit vielen Farben beschrieben. Was hat das zu bedeuten? Wir verraten, was sich hinter den gängigsten Wasserstoff-Farben verbirgt.

Grüner Wasserstoff

Wasserstoff wird als grün bezeichnet, wenn er via Wasser-Elektrolyse klimaneutral gewonnen wird. Genauso wie grüner Strom deutet die Farbe also auch bei der Wasserstofferzeugung auf ein besonders umweltfreundliches und verträgliches Verfahren hin. Wasserstoff gilt nur dann als grün, wenn die Elektrolyse mit regenerativen Energien betrieben wird.

Grauer Wasserstoff

Das genaue Gegenteil davon ist hingegen grauer Wasserstoff. Diese Farbe bezeichnet Wasserstoff, der nicht klimaneutral erzeugt wird. Dies trifft zum Beispiel auf die Wasserstofferzeugung aus Erdgas durch Dampfreformierung zu. Bei diesem Verfahren werden sowohl fossile Brennstoffe benötigt als auch CO₂-Emissionen direkt in die Atmosphäre abgegeben.

Blauer Wasserstoff

Blauer Wasserstoff wird beinahe genauso erzeugt wie grauer Wasserstoff – mit einem wichtigen Unterschied. Anstatt das Kohlenstoffdioxid in die Umwelt abzugeben, wird es gespeichert oder weitergenutzt. Sogenannte Carbon-Capture-and-Storage-Anlagen (CCS) können CO₂ unterirdisch speichern, sodass keine CO₂-Emissionen entstehen.

Türkiser Wasserstoff

Wenn die Wasserstofferzeugung mit Methan-Pyrolyse stattfand, spricht man von türkisem Wasserstoff. Die Farbe kommt Grün schon nahe, und der Prozess emittiert auch kein CO₂ in die Atmosphäre, doch in der Gesamtbetrachtung ist dieses Herstellungsverfahren zumeist nicht komplett klimaneutral.