Der Kraftstoff der Zukunft erklärt

Während viele Technologien eine entscheidende Rolle dabei spielen werden, die weltweite Vereinbarung „Netto-Null“ Treibhausgasemissionen bis 2050 zu erreichen, wird Wasserstoff eine Schlüsselrolle bei der Verwirklichung dieses Ziels spielen. Er kann auf klimafreundliche Weise produziert, sicher und stabil für lange Zeiträume gelagert und vielseitig in verschiedenen Dekarbonisierungsmethoden und -industrien eingesetzt werden.

Doch das wirft einige Fragen auf. Was ist Wasserstoff genau? Wie wird Wasserstoff hergestellt? Welche Arten von Wasserstoff gibt es? Für welche Anwendungen zielt Plug auf den Einsatz von grünem Wasserstoff ab? Und wie sicher ist er?

Antworten auf diese häufig gestellten Fragen bieten nicht nur einen Überblick über die Grundlagen, sondern zeigen auch, was Plug als langjähriger Branchenführer, der das Wachstum von grünem Wasserstoff vorangetrieben hat, zu bieten hat.

Grundlagen des Wasserstoffs

Was ist Wasserstoff? Wasserstoff, eines der 118 bekannten Elemente, ist auf der Erde und im restlichen Universum weit verbreitet. Wasserstoffatome können in anderen Verbindungen gefunden werden und sind auch in der Atmosphäre reichlich vorhanden. Außerhalb der Erde sind Wasserstoffmoleküle „auch das häufigste Element im Universum“, so die U.S. Energy Information Administration, und machen etwa 75% der Masse des Universums aus.

Wissenschaftlich bekannt als chemisches Element mit dem Symbol H in seiner atomaren Form, existieren gebundene Wasserstoffmoleküle in einer unglaublich großen Anzahl von Verbindungen und chemischen Stoffen, von Wasser und Ammoniak bis hin zu Pflanzen, Tieren und sogar Menschen. Es ist buchstäblich überall (und in) um uns herum. Ohne Wasserstoff würde das Leben, wie wir es kennen, nicht existieren.

Wasserstoff besitzt auch eine hervorragende Menge an gespeicherter Energie. „Die Energie in 1 Kilogramm Wasserstoffgas entspricht in etwa der Energie in 1 Gallone Benzin“, erklärt das Alternative Fuels Data Center des U.S. Department of Energy und verdeutlicht damit das Potenzial von Wasserstoff als Kraftstoff. Diese Energie kann durch den Betrieb einer Brennstoffzelle oder durch direkte Verbrennung des Wasserstoffs genutzt werden, beides ausgereifte Technologien.

Hier liegt die Herausforderung. Obwohl Wasserstoff unglaublich verbreitet ist und uns jeden Tag umgibt, kommt er auf natürliche Weise nicht auf der Erde vor. Er liegt im Allgemeinen nur in Verbindung mit anderen Elementen vor, die Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe bilden (z. B. Wasser – H2O). Daher muss Wasserstoff zunächst extrahiert werden, um ihn nutzen zu können. Dies bedeutet, dass Wasserstoff effektiv als Energiespeichermedium genutzt werden kann. Energie wird „hineingesteckt“, indem der Wasserstoff extrahiert und dann gespeichert wird (analog zu einer Batterie). Bei Bedarf kann der Wasserstoff dann in einer Brennstoffzelle oder Verbrennungsanwendung verbraucht werden, um die gespeicherte Energie freizusetzen.

Herstellung und Nutzung

Wie wird Wasserstoff hergestellt? Wie bereits erwähnt, ist Wasserstoff ein wesentlicher Bestandteil einer Vielzahl von Verbindungen und Chemikalien, die weltweit hergestellt werden (z. B. Ammoniak – NH3). Das bedeutet, dass bereits eine Wasserstoffwirtschaft existiert, die jedes Jahr große Mengen produziert. Allerdings wird der Großteil dieses Angebots mit Methoden hergestellt, bei denen erhebliche Emissionen als Nebenprodukt entstehen. Daher ist es wichtig, die verschiedenen Methoden zur Wasserstoffproduktion und ihre Klimafreundlichkeit zu verstehen.

Die beiden gängigsten Methoden zur Wasserstoffproduktion sind die Dampfreformierung von Methan und die Elektrolyse. Kurz gesagt beinhaltet die Dampfreformierung die Trennung von Wasserstoffmolekülen aus Erdgas oder die Spaltung des Kohlenstoffatoms von den Wasserstoffmolekülen. Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser als Stromquelle verwendet, um Wasserstoff zu produzieren, und kann daher auf nicht-fossiler Basis erfolgen. Derzeit wird der Großteil des Wasserstoffs durch Dampfreformierung von Methan produziert, wodurch erhebliche Emissionen entstehen. Dies wird oft als „grauer Wasserstoff“ bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird Wasserstoff, der mithilfe von Elektrolyse und erneuerbarer Energie produziert wird, als „grüner Wasserstoff“ bezeichnet, da dabei keine Emissionen entstehen.

Die Nutzung von Wasserstoff, insbesondere von grünem Wasserstoff, der durch Wasserelektrolyse gewonnen wird, wird von politischen Entscheidungsträgern und Klimaschutzaktivisten zunehmend als ein zentrales Mittel betrachtet, um sich von fossilen Brennstoffen abzukehren. Insbesondere das Wachstum von grünem Wasserstoff wird als wichtiger Bestandteil des globalen Konsenses angesehen, bis 2050 „netto-null“ Treibhausgasemissionen zu erreichen. Die International Renewable Energy Agency prognostiziert, dass bis 2050 bis zu 12 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus Wasserstoff stammen könnten.

Die Internationale Energieagentur stellte in ihrem Global Hydrogen Review 2022 fest, dass die Wasserstoffindustrie eine „sechsfache Steigerung bis 2025 der weltweiten Produktionskapazität von Elektrolyseuren“ erwartet und ihre Produktion von 290 Gigawatt im Jahr 2030 im Vergleich zu 0,5 Gigawatt im Jahr 2021 steigern könnte.