Er­folgs­fak­to­ren Sek­to­ren­kopp­lung und in­ter­na­tio­na­le Zu­sam­men­ar­beit

Der Stoff für die Ener­gie­wen­de

• Wasserstoff hat als Energieträger enormes Potenzial. Er besitzt viel Energie, verbrennt sauber, kann gut transportiert werden und lässt sich über lange Zeit zuverlässig lagern. Das DLR ist dabei auf allen Bereichen der Wasserstoffforschung und entlang der ganzen Prozesskette aktiv. Mit der Erfahrung aus mehreren Jahrzehnten arbeiten seine Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, ihn umfassend nutzbar zu machen.
• Wasserstoff kommt auf der Erde praktisch nur in chemisch gebundener Form vor, zum Beispiel in Wasser, Methan oder Biomasse. Um ihn als Energieträger nutzen zu können, muss der Wasserstoff zunächst aus diesen Verbindungen herausgelöst werden. Dies geschieht mittels Energie in Form von Strom oder Hochtemperaturwärme. Der sogenannte „graue“ Wasserstoff wird vorwiegend aus Erdgas gewonnen, aktuell macht er etwa 95 Prozent der weltweiten Produktion aus. Dabei entstehen erhebliche CO₂-Emissionen. Beim „blauen“ Wasserstoff trennt man diese Treibhausgase ab und speichert sie ein – oder man stellt Wasserstoff mittels Elektrolyse her und setzt dabei auf Strom aus Kernkraft.
• Nur „grüner“ Wasserstoff ist nachhaltig und klimaneutral. Bei seiner Herstellung kommen Wasser sowie Energie aus Sonnen-, Wind-, Wasserkraft oder Biomasse zum Einsatz. Bisher galt seine Produktion in relevanten Mengen als zu teuer. Lemmer ist zuversichtlich, dass sich dies in Zukunft ändern wird: „Zunächst muss der Ausbau der erneuerbaren Energien voranschreiten. Außerdem sollten kurzfristig große Elektrolysesysteme in Deutschland installiert werden. Damit gehen wir die ersten Schritte auf dem Weg, grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen.“

Wege zu grünem Wasserstoff: Elektrolyse und solare Verfahren

Um Wasserstoff in großindustriellem Maßstab herzustellen, erforscht das DLR vor allem zwei Methoden: die Elektrolyse und solarthermische Verfahren.

Die Elektrolyse ist die am weitesten entwickelte Technologie und bereits kommerziell verfügbar. Ihr Prinzip ist seit mehr als 200 Jahren bekannt: Wasser wird mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Drei Verfahren stehen aktuell im Mittelpunkt: die alkalische, die Protonen-Austausch-Membran- und die Hochtemperatur-Elektrolyse. Das DLR entwickelt alle drei Verfahren weiter. Aktuell gibt es in Deutschland eine installierte und mit erneuerbarem Strom gespeiste Elektrolyseleistung von insgesamt 30 Megawatt. Für den Umstieg in eine Wasserstoffwirtschaft müssten diese Kapazitäten massiv ausgebaut werden. Eine Studie der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) geht von einem Ausbau der installierten Elektrolyseurleistung auf 137 bis 275 Gigawatt bis 2050 aus. Dafür werden sowohl kleinere, dezentrale Elektrolyseanlagen – beispielsweise an Tankstellen – als auch zentrale, großtechnische Elektrolyseure mit besonders hohen Wirkungsgraden benötigt.

Solarthermische Verfahren der Wasserstoffproduktion versprechen einen höheren Wirkungsgrad, benötigen aber große Flächen. Bei dem Prozess nutzen solarthermische Anlagen die Sonnenenergie, um Wärme zur thermochemischen Wasserspaltung zu produzieren. Das DLR entwickelt Komponenten und Verfahren weiter, um diese Anlagen möglichst effizient, langlebig und industrietauglich zu gestalten. Erste Pilotanlagen sind bereits in Betrieb, bis zur Marktreife des solaren Pfads der Wasserstoffherstellung wird es allerdings noch einige Jahre dauern.

->Folgt: Großer Wasserstoffbedarf erfordert nationale Produktion und Import