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Fragen und Antworten

Darstellung mit Fragezeichen

Hier finden Sie Antworten auf die häufigsten Fragen rund um das Thema Wasserstoff und seine Bedeutung in der heutigen Welt. Als zentrale Anlaufstelle für Informationen rund um Wasserstoff wollen wir Ihnen dabei helfen, ein besseres Verständnis für diese vielseitige Energiequelle zu entwickeln.

In den letzten Jahren hat Wasserstoff immer mehr an Bedeutung gewonnen und wird zunehmend als Schlüsseltechnologie für eine nachhaltige und klimafreundliche Zukunft angesehen. Doch mit der wachsenden Relevanz entstehen auch viele Fragen, die wir gerne beantworten möchten. Ob es um die Erzeugung, Speicherung, Nutzung oder die vielfältigen Anwendungsbereiche von Wasserstoff geht - wir stehen Ihnen mit fundiertem Wissen und praxisnahen Informationen zur Seite.

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Definition

Wasserstoff ist ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Bei Raumtemperatur und normalem Druck ist Wasserstoff gasförmig.

Er kommt im Allgemeinen nicht als atomarer Wasserstoff (kurz: H), sondern als Molekül von zwei gebundenen Wasserstoffatome (kurz: H2) vor. Wasserstoff ist Bestandteil des Wassers und nahezu aller organischer Verbindungen. Die Herstellung von Wasserstoff kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen.

Wasserstoff ist hochreaktiv, insbesondere in Verbindung mit Sauerstoff (O2) oder anderen Elementen. Bei einer Reaktion mit Sauerstoff entsteht Wasser (H2O). Unter bestimmten Bedingungen kann Wasserstoff auch mit Stickstoff (N2) oder Kohlenstoff (C) reagieren, um Ammoniak (NH3) bzw. Methan (CH4) zu bilden.

Wasserstoff hat einen hohen Energiegehalt, der bei seiner Verbrennung oder Reaktion mit Sauerstoff freigesetzt wird. Diese Freisetzung von Energie kann in Brennstoffzellen genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen.

Wasserstoff spielt eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen, insbesondere im Kontext der Energiewende und des Klimawandels. Als sauberer Brennstoff erzeugt Wasserstoff bei der Verbrennung oder Nutzung in Brennstoffzellen keine kohlenstoffbasierten Emissionen, da das einzige Nebenprodukt reines Wasser ist. Deshalb wird Wasserstoff als vielversprechende Lösung für den Übergang zu einer kohlenstoffarmen oder kohlenstofffreien Energieversorgung betrachtet, da er als "grüner Wasserstoff" mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt werden kann.

 

Wie umweltfreundlich der Energieträger Wasserstoff ist, hängt davon ab, wie er gewonnen wird. Als CO2-arm, gelten laut EU Taxanomie alle Wasserstofftypen (grün, blau, türkis), die den Grenzwert von 90 g CO2 pro kWh bzw. 3t CO2 pro t Wasserstoff einhalten. Dieser Kennwert gilt für die gesamte Herstellungskette und erfordert entsprechende Nachweise von den Wasserstoffproduzenten.

Die Wasserstofftypen werden anhand der »Farbenlehre Wasserstoff« klassifiziert.

Grüner Wasserstoff

schematische Darstellung zur Erzeugung von grünem Wasserstoff

Ein gängiges Produktionsverfahren ist die »Elektrolyse«, bei der Wasser unter Einsatz von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Produzenten von grünem Wasserstoff müssen beim Strombezug nachweisen, dass bei der Stromversorgung erneuerbare Energien oder andere CO2-arme Stromquellen verwendet wurden, wie in der Delegierten Verordnung (EU) 2023/1184 festgelegt.

Blauer Wasserstoff

schematische Darstellung zur Erzeugung von blauem Wasserstoff
Blauer Wasserstoff entsteht aus fossilen Brennstoffen. Dabei handelt es sich in der Regel um einen unter Hitze laufenden Umwandlungsprozess von Erdgas in Wasserstoff und CO2. Das so entstehende Kohlendioxid wird im Sinne der Klimaneutralität gespeichert und gelangt nicht in die Atmosphäre (»Dampfreformierung mit CO2-Speicherung«). Damit ist die Wasserstoffproduktion bilanziell CO2-neutral. Ist keine Speicherung möglich, entstehen bei der Produktion einer Tonne grauem Wasserstoffs 6 bis 10 Tonnen CO2.

Türkiser Wasserstoff

schematische Darstellung zur Erzeugung von türkisen Wasserstoff
Quelle des türkisen Wasserstoffs ist Methan, das mittels Hitze in festen Kohlenstoff und Wasserstoff gespalten wird (»Pyrolyse«). CO2-neutral ist dieses Verfahren nur dann, wenn der Hochtemperaturreaktor mit erneuerbaren Energiequellen betrieben und der entstehende Kohlenstoff nicht als Energiequelle genutzt wird. Bei der Produktion von einer Tonne türkisem Wasserstoff fallen zwischen 7 bis 18 Tonnen CO2 an.

Grauer Wasserstoff

schematische Darstellung zur Erzeugung von grauem Wasserstoff
Grauer Wasserstoff lässt sich analog zur blauen Variante durch »Dampfreformierung« aus fossilen Brennstoffen gewinnen. Das dabei entstehende CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne grauem Wasserstoff entstehen 14 bis 17 Tonnen CO2.

Herstellung

Brennstoffzellenfahrzeuge benötigen verschiedene Rohstoffe, die in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren nicht notwendig sind. Für den Elektromotor werden zum Beispiel Seltene Erden benötigt. Auch die kleineren Batteriesysteme in Brennstoffzellenfahrzeugen führen zu einem Bedarf an Batterierohstoffen (z. B. Lithium und Kobalt), der jedoch aufgrund der geringen Systemgröße nur einem Bruchteil des Bedarfes eines batterieelektrischen Pkw entspricht. Für die Brennstoffzelle wird zudem Platin benötigt, welches jedoch durch kontinuierliche Weiterentwicklung heutzutage bereits dem vergleichbaren Bedarf eines Dieselkatalysators entspricht.
Bei einer starken Fokussierung auf Brennstoffzellen, müssten Produktionskapazitäten langfristig dennoch erhöht werden. Wenngleich die derzeitigen Platinreserven aus Sicht der ExpertInnen auch bei einer gestiegenen Nachfrage ausreichend vorhanden sind, ergeben sich aus Sicht Europas mögliche Versorgungsrisiken auch durch eine hohe geographische Konzentration des Platinangebots in wenigen Ländern (Südafrika und Russland) sowie einem hohen Energiebedarf und weiteren Umweltrisiken bei der Förderung des Rohstoffs. Aber auch batterieelektrische Fahrzeuge haben einen großen Bedarf an Batterierohstoffen (z. B. Kobalt, Lithium), mit umfangreichen negativen Umweltwirkungen und sozialen Folgen. Aufgrund der deutlich größeren Batteriesysteme, fällt dieser höher aus als bei Brennstoffzellenfahrzeugen.
Umwelt- und klimaseitig relevant ist auch die Herstellung der Wasserstofftanks, die im Allgemeinen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Die gesamten Umweltwirkungen von Brennstoffzellenfahrzeugen werden wie auch bei anderen Autos nicht nur von der Fahrzeugherstellung, sondern auch von der Nutzungsphase bestimmt, vor allem von der Kraftstoffbereitstellung. Auch wenn am Fahrzeug selbst keine schädlichen Abgase entstehen, treten relevante Umweltwirkungen sowie Materialinanspruchnahmen vor allem beim Bau von Windkraft- oder Photovoltaik-Anlagen und Anlagen zur Wasserstoffherstellung sowie für den Transport des Energieträgers auf die energieeffiziente, direkte Stromnutzung in batterieelektrischen Fahrzeugen bietet hier Vorteile.
Für einen umfassende Bewertung der Umweltwirkungen durch die Rohstoffinanspruchnahme bzw. den weiteren Ressourcenbedarf (Wasser, Fläche, Boden, Luft, etc.) von Fahrzeugen mit verschiedenen alternativen Antrieben und Kraftstoffen sind weitere Forschungsarbeiten notwendig, welche einen ganzheitlichen und transparenten Vergleich verschiedener Antriebssysteme unter diversifizierten Anforderungsprofilen ermöglicht. Neben der Klimawirkung sind auch andere Umweltwirkungen zu beachten und Entwicklungen in den verschiedenen Bereichen der Herstellung der Fahrzeuge bzw. der Bereitstellung der Kraftstoffe umfänglicher zu untersuchen.
Die Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Ressourcen liegt in Deutschland bei deutlich unter 2 €/kg. Die Kosten für Wasserstoff aus Elektrolyse liegen je nach Technologie, Strompreis und Auslastung bei erheblich höheren Werten.
Die großskalige Nutzung und Produktion von Elektrolyseanlagen wird dazu führen, dass Investitions- und Betriebskosten weiter sinken. Dies kann durch politische Maßnahmen (CO2-Preis, Reduzierung der Abgaben und Steuern für nachhaltig produzierten Wasserstoff) beschleunigt werden.
Der Hydrogen Council hat dazu eine Studie veröffentlicht: In dieser Studie wurde ermittelt, dass grüner Wasserstoff bereits 2025 mit kohlenstoffarmen/blauen H2 (1,50 – 2,0 €) wettbewerbsfähig sein wird. Bei einem CO2-Zertifikatspreis von 50 €/Tonne CO2 ist grüner Wasserstoff sogar mit grauem Wasserstoff konkurrenzfähig. 2030 kann grüner Wasserstoff dann bereits ohne CO2-Bepreisung zu den gleichen Kosten wie grauer Wasserstoff hergestellt werden (1,0 – 1,5 €/kg).

Transport und Speicherung

In reiner Form kann Wasserstoff gasförmig verdichtet in Drucktanks oder tiefkalt als Flüssigkeit in isolierten Behältern gespeichert werden. Darüber hinaus kann er chemisch gebunden werden und in Form von synthetischen Kraftstoffen oder LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) gespeichert werden. Auf diese Weise kann der gebundene Wasserstoff auch unter Normalbedingungen in gebräuchlichen Tanks für Erdöl und dessen Folgeprodukte gespeichert werden.
Als stationäre Wasserstoffspeicher für gasförmigen Wasserstoff und chemisch gebundenen Wasserstoff kommen darüber hinaus auch bestehende unterirdische Poren- bzw. Salzkavernenspeicher in Frage, die aktuell für die Speicherung von Erdgas und Erdöl genutzt werden.

Der Transport von gespeicherter elektrischer Energie in Form von Wasserstoff im Vergleich zum direkten Transport per Leitung bietet verschiedene Vorteile:

Flexibilität bei der Lagerung und dem Transport: Wasserstoff kann bei Bedarf erzeugt und in großen Mengen gespeichert werden. Dies ermöglicht es, Energie über lange Zeiträume hinweg zu speichern, was bei Elektrizität schwieriger ist.

Effiziente Langstreckentransporte: Der Transport von Wasserstoff über Pipelines oder in Form von flüssigem Wasserstoff ist oft effizienter und kostengünstiger für lange Strecken im Vergleich zu Hochspannungsleitungen.

Nutzung bestehender Gasleitungsinfrastruktur: In einigen Fällen ist es möglich, bestehende Gasleitungsnetze mit geringfügigen Modifikationen für den Transport von Wasserstoff zu verwenden. Dies kann die Notwendigkeit für den Bau neuer Infrastrukturen verringern und Kosten einsparen.

Geringere Abhängigkeit von Wetter und Umweltbedingungen: Im Gegensatz zur elektrischen Übertragung, die von Wetterbedingungen wie Stürmen oder Blitzeinschlägen beeinträchtigt werden kann, ist der Transport von Wasserstoff durch Leitungen weniger anfällig für Umwelteinflüsse.

Verringerte Übertragungsverluste: Wasserstoffleitungen können potenziell geringere Energieverluste aufweisen, besonders wenn sie über sehr lange Distanzen betrieben werden, im Vergleich zu Hochspannungs-Übertragungsleitungen.

Das Konzept eines leitungsgebundenen Gastransportes ist bei einer Vielzahl von Einspeise- und Entnahmepunkten sowie bei langen Entfernungen in Verbindung mit großen Volumenströmen besonders attraktiv. Durch die schrittweise Umwidmung von bestehenden Parallelleitungen des Erdgasnetzes und durch Leitungszubau kann mittelfristig ein Fernleitungsnetz für Wasserstoff entstehen, das neben dem Erdgasnetz existiert. In einem ersten Schritt würden dem Gasverteilnetz immer größere Anteile Wasserstoff beigemischt werden, bevor anschließend komplette Teilnetze auf den Betrieb mit 100% Wasserstoff umgestellt werden könnten.
Die Umrüstung von Erdgaspipelines zu Wasserstoffpipelines funktioniert schnell, einfach und zu moderaten Kosten. Ab einer Wasserstoffbeimischungsmenge von etwa 5 % müssen die Kompressoren der Gasleitungen ausgewechselt werden. Außerdem ist es denkbar, ein kleineres Wasserstoffrohr in ein bestehendes Erdgasrohr zu verbauen. Dies spart Zeit und Kosten. So können 1 – 2 GW Wasserstoff über weite Distanzen transportiert werden.
Neben den Leitungen können auch die bestehenden Speicherkapazitäten, wie Salzkavernen oder Porenspeicher, für die Wasserstoffspeicherung genutzt werden.

Anwendung

Die Umstellung unseres Stromsystems auf fluktuierende Erneuerbare Energien erfordert den Einsatz von Stromspeichern. Für große Mengen und lange Zeiträume sind Wasserstoff und wasserstoffbasierte Speicher die optimalen Systeme. Leistung und Energie lassen sich dabei unabhängig voneinander skalieren. Die Speicherung großer Mengen an Energie ist mit chemischen Speichersystemen besonders günstig, was wasserstoffbasierte Anwendungen zur saisonalen Speicherung prädestiniert. Hierfür wird in Zeiten eines Stromüberschusses Wasserstoff mittels Elektrolyse erzeugt und gespeichert. Wird elektrische Energie benötigt, kann dieser Wasserstoff in Brennstoffzellen oder Gasturbinen wieder rückverstromt werden. Die gute Transportierbarkeit von Wasserstoff und seinen Folgeprodukten schafft darüber hinaus Versorgungssicherheit für ein zunehmend auf volatilen Erzeugern basierendes System.
Zum jetzigen Zeitpunkt wird Wasserstoff hauptsächlich stofflich in traditionellen Anwendungen verwertet. Hauptverbraucher ist dabei die chemische Industrie für die Synthese von Ammoniak und Methanol. In der Petrochemie – also in Raffinerien – und in der Lebensmittelchemie wird H2 zur Verarbeitung von konventionellen Kraftstoffen und zur Härtung von Ölen und Fetten verwendet, beispielsweise um Margarine herzustellen. Weiterhin wird H2 als Brenn- oder Schutzgas in der Glasherstellung, in der Schweißtechnik oder in der Wärmebehandlung von Metallen verwendet.
Um Deutschlands Klimaziele zu erreichen, muss der Verkehr in Deutschland bis spätestens 2050 treibhausgasneutral werden. Als Zwischenziel hat die Bundesregierung beschlossen, die Treibhausgasemissionen des Verkehrs bis 2030 gegenüber 1990 um 42 Prozent zu reduzieren. Wasserstoff könnte eine Option sein, den Verkehr zu dekarbonisieren. Im Verkehr kann Wasserstoff dabei direkt als alternativer Kraftstoff im Fahrzeug, Flugzeug oder Schiff eingesetzt werden und ist damit Teil der Energiewende im Verkehr. Wasserstoff kann entweder in Verbrennungsmotoren oder in Brennstoffzellen, in denen Strom zum Betrieb von Elektromotoren erzeugt wird, verwendet werden. 
Wird Wasserstoff in Brennstoffzellen genutzt, entstehen zumindest lokal keine schädlichen Abgase. Kommerziell nutzbare Schiffe und Flugzeuge mit Brennstoffzellen zur Nutzung von Wasserstoff sind jedoch erst im Entwicklungsstadium. Im Pkw-Bereich gab und gibt es Serienproduktionen mit insgesamt kleinen Stückzahlen von einigen Zehntausend Fahrzeugen. 
Wasserstoff im Verkehr sollte vor allem in den Bereichen eingesetzt werden, in denen eine direkte Nutzung von erneuerbarem Strom nicht möglich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein hoher Energiebedarf oder große Reichweiten erforderlich sind, wie beispielsweise im Seeverkehr, im internationalen Flugverkehr oder im Straßengüterfernverkehr. 
Eine andere Art der Nutzung von Wasserstoff im Verkehr stellt die Herstellung von synthetischen gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen dar. Wasserstoff wird dann als Zwischenprodukt zur Herstellung von synthetischem Methan (Power-to-Gas-Methan/⁠PtG⁠-Methan), E-Fuels (auch Power-to-Liquids/⁠PtL⁠) oder Ammoniak verwendet. Zur Erreichung der Klimaschutzziele im Luft- und Seeverkehr sind diese Nutzungen von Wasserstoff vielversprechende Optionen.
 
Autos können auf zwei Arten Wasserstoff nutzen. Der im Fahrzeug mitgeführte Wasserstoff kann direkt in einem Verbrennungsmotor verbrannt werden. Der maximale Wirkungsgrad des Wasserstoffverbrennungsmotors liegt im Bereich von Benzin- und Dieselmotoren. Bei der Verbrennung von Wasserstoff im Motor entstehen schädliche Stickstoffoxide als Abgas. Weitere Schadstoffe können in sehr geringen Mengen durch notwendige Schmieröle ausgestoßen werden.
Die chemische Energie des Wasserstoffs kann jedoch auch durch energetische Wandlung in Brennstoffzellen genutzt werden. Bei Autos mit Brennstoffzellen handelt es sich grundsätzlich auch um Elektrofahrzeuge (engl. fuel cell electric vehicle, FCEV), die allerdings den Strom für den Antrieb des Fahrzeuges während der Fahrt aus dem mitgeführten Wasserstoff bereitstellen. Heute kommen häufig PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen zum Einsatz. Der Wasserstoff (H2) reagiert in der Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff (O2). Dabei entsteht Wasser bzw. Wasserdampf (H2O). Die Brennstoffzellen selbst können Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent erreichen. Berücksichtigt werden müssen jedoch weitere Verluste durch Elektromotor und Getriebe und Stromverluste bei der Herstellung des grünen Wasserstoffs.
In Brennstoffzellenfahrzeugen ist in der Regel ein Batteriesystem verbaut (Kapazität << als bei Batteriefahrzeuge), ergänzend zu Brennstoffzelle, Wasserstofftank und Elektromotor. Diese puffert Strom und deckt Lastspitzen, zum Beispiel bei kurzen, starken Beschleunigungen, und ermöglicht zudem die Rekuperation von Bremsenergie. Ein Vorteil von Wasserstofffahrzeugen mit Brennstoffzellen ist, dass sie lokal keine schädlichen Abgase ausstoßen. Gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen haben sie den Vorteil von hohen Reichweiten und ermöglichen damit eine Nutzung, die der heutiger Verbrennern ähnlich ist.
Die Speicherung des Wasserstoffs im Fahrzeug erfolgt selten tiefkalt flüssig (-253 Grad Celsius) oder häufiger unter hohem Druck (350-700 bar). In Pkw kommen in der Regel Tanks für gasförmigen Wasserstoff zum Einsatz. Bei Lkw sind beide Optionen in der Diskussion.
2.307 (Stand November 2023)
Die Anzahl von Wasserstofftankstellen ist in Deutschland im Vergleich mit dem europäischen Ausland hoch. Aktuell gibt es in Deutschland mehr als 90 Wasserstofftankstellen; Im Vergleich gibt es insgesamt aktuell mehr als 14.000 Tankstellen für konventionelle und alternative Kraftstoffe. Weitere Tankstellen sind jedoch in Planung bzw. stehen kurz vor Inbetriebnahme. Der Aufbau der Tankstellen ist Teil der nationalen Umsetzung der europäischen Richtlinie 2014/94/EU über den Aufbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe. Außerhalb von Deutschland ist die Infrastruktur deutlich geringer ausgebaut: Nur rund 50 Wasserstoff-Tankstellen stehen im gesamten europäischen Ausland zur Verfügung.
Im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur werden auch Fragen zur Sicherheit gestellt. In Deutschland wird Wasserstoff schon seit Jahrzehnten angewendet und es gibt ein ausgereiftes Regelwerk für den sicheren Betrieb von Tankstellen. Dieses Regelwerk wird im Rahmen der Genehmigung von Tankstellen angewendet und regelmäßig aktualisiert und erweitert. 
Grundsätzlich profitieren auch Fahrzeuge mit Brennstoffzellen wie batterieelektrische Fahrzeuge vom Umweltbonus und erhalten abhängig vom Nettolistenpreis eine Förderung von 5.000 oder 6.000 Euro vom Staat. Der Hyundai Nexo und die neuen Modelle des Toyota Mirai werden gefördert, da sie unter der Grenze des Nettolistenpreises für das Basismodell von 65.000 Euro liegen.
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