1. Warum investiert die Bundesregierung in Grünen Wasserstoff?

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.

Wichtigster Anwendungsbereich ist die Industrie: Grüner Wasserstoff ist die einzige Möglichkeit, bestimmte Prozesse der Chemieindustrie klimafreundlich zu gestalten und der sinnvollste Weg Kohle in der Stahlindustrie zu ersetzen. Zudem kann Wasserstoff als alternativer Brennstoff Öfen anfeuern.

Grüner Wasserstoff kann als Kraftstoff im Verkehr eingesetzt werden – insbesondere dort, wo eine Elektrifizierung nicht sinnvoll oder möglich ist. Zusammen mit CO2 lässt er sich zudem in andere klimafreundliche Kraftstoffe umwandeln, die LKWs, Schiffe und Flugzeuge antreiben.

Grüner Wasserstoff lässt sich dank Brennstoffzellen in Strom und Wärme umwandeln. So lassen sich Schwankungen im Stromnetz ausgleichen, Häuser beheizen und mit Elektrizität versorgen, sowie Fahrzeuge antreiben. Wie und in welchem Umfang das notwendig sein wird, ist allerdings noch umstritten.

2. Wie unterscheidet sich Grüner Wasserstoff von Blauem, Grauem und Türkisem?

Generell ist Wasserstoff immer ein farbloses Gas. Je nach seinem Ursprung trägt er allerdings verschiedene Farben in seinem Namen.

Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dafür wird Strom aus erneuerbaren Energiequellen verwendet. Grüner Wasserstoff ist deshalb CO2-frei.

Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung meist aus fossilem Erdgas hergestellt. Dabei entstehen rund 10 Tonnen CO2 pro Tonne Wasserstoff. Das CO2 wird in die Atmosphäre abgegeben.

Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, bei dessen Entstehung das CO2 jedoch teilweise abgeschieden und im Erdboden gespeichert wird (CCS, Carbon Capture and Storage). Maximal 90 Prozent des CO2 sind speicherbar.

Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wird. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Das Verfahren der Methanpyrolyse befindet sich derzeit noch in der Entwicklung.

3. Warum setzt das Bundesforschungsministerium vor allem auf Grünen Wasserstoff?

Nur Grüner Wasserstoff ist wirklich klimafreundlich. Denn nur Grüner Wasserstoff ist ohne fossile Rohstoffe produzierbar. Erdgas, das für Grauen, Blauen oder Türkisen Wasserstoff eingesetzt wird, muss gefördert werden. Dabei entstehen erhebliche Emissionen, da dabei kleine Mengen an Methan (CH₄) entweichen, das etwa 25mal klimaschädlicher als CO₂ ist. Zusätzlich fallen bei der Wasserstoffproduktion CO₂-Emissionen an. Bei herkömmlichem (Grauem) Wasserstoff fallen während der Spaltung von Erdgas pro Tonne Wasserstoff rund zehn Tonnen CO₂ als Abfallprodukt an. Bei Blauem Wasserstoff wird dieses CO₂ zwar eingefangen und meist unterirdisch gespeichert – allerdings birgt die Speicherung Risiken, hohe Kosten und ist in Deutschland von der Gesellschaft nicht akzeptiert.

4. Welche Rolle spielt Wasserstoff in der Industrie?

Die wichtigsten Einsatzbereiche von Wasserstoff in der Industrie sind laut Nationalem Wasserstoffrat die Stahl- und die Chemieindustrie. In der Stahlindustrie kann Wasserstoff Kohle als Reduktionsmittel ersetzen. In der Chemieindustrie braucht es Wasserstoff, um beispielsweise Erdöl als Rohstoff zu ersetzen. Dabei ist davon auszugehen, dass industrielle Umstellungen zuerst in der Stahlindustrie möglich sind. Das Bundesforschungsministerium untersucht die Machbarkeit dieser Umstellung im Projekt BeWiSe.

Zuletzt kann Wasserstoff Brennöfen der Industrie beheizen – zum Beispiel in der Glas-, Zement- und Stahlindustrie. Zudem ist das Gas für die Nutzung von Abgasen relevant: Im BMBF-geförderten Projekt Carbon2Chem beispielsweise braucht es Wasserstoff, um aus Abgasen Dünger-, Kunst- und Kraftstoff-Vorläufer zu produzieren.

5. Welche Rolle spielt Grüner Wasserstoff im Verkehr?

Relevant ist Wasserstoff vor allem in den Bereichen, in denen Elektrifizierung in absehbarer Zeit nicht möglich ist, das heißt: Im Bereich Flug-, Fern-, Schwerlast- und Schiffsverkehr. Durch Wasserstoff als Ausgangsstoff für synthetische Kraftstoffe lassen sich diese Verkehrsbereiche klimafreundlich umgestalten. Auch der Antrieb durch Wasserstoff-Betankung ist eine Option.

6. Welche Rolle spielt Wasserstoff bei der Wärmeversorgung?

Wasserstoff kann in gewissen Mengen bereits heute in das bestehende Gasnetz beigefügt werden. Der Grenzwert liegt derzeit bei bis zu zehn Prozent. Potenziell sind allerdings auch höhere Anteile denkbar. Der zusätzliche Wasserstoff kann dann wie Erdgas verbrannt werden, wobei bei der Verbrennung lediglich Wassersdampf entsteht. Zudem lässt sich mithilfe von Brennstoffzellen Wärme und Strom aus Wasserstoff gewinnen. Wie und in welchem Umfang Wasserstoff in der Wärmeversorgung eingesetzt werden sollte, ist allerdings noch umstritten. Laut dem Kopernikus-Projekt Ariadne gibt es vor allem im Wärmesektor – zumindest was Gebäudewärme betrifft – bereits heute effizientere Alternativen zum Einsatz von Wasserstoff.

7. Wie viel Energie steckt in einer Tonne Wasserstoff?

Eine Tonne Wasserstoff enthält eine Energiemenge von 33.330 Kilowattstunden. Das entspricht dem durchschnittlichen jährlichen Strom-Energieverbrauch von 11 Drei-Personen-Haushalten in einem Mehrfamilienhaus (ohne Durchlauferhitzer). Allerdings kann diese chemische Energie nicht zu 100 Prozent in nutzbare Energie umgewandelt werden. Auf dem Weg zum Verbraucher geht je nach Nutzungspfad ein Teil der Energie verloren.

8. Wie effizient ist die Herstellung von Grünem Wasserstoff?

Es ist davon auszugehen, dass die Effizienz von serienmäßig hergestellten Elektrolyseuren zur Wasserstoff-Herstellung bei rund 70 Prozent liegen wird. Das heißt: Rund 70 Prozent der Energie, die für die Elektrolyse aufgewendet wird, wird auch in Wasserstoff gebunden. Allerdings sind derartige Elektrolyseure derzeit noch nicht am Markt verfügbar. Das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga arbeitet daran, die Produktion von Elektrolyseuren überhaupt erst aufs Fließband zu bringen.

9. Wie teuer ist die Herstellung von Grünem Wasserstoff?

Die genauen Kosten sind derzeit noch nicht absehbar. Sicher ist allerdings, dass Grüner Wasserstoff umso günstiger wird, je günstiger sich erneuerbarer Strom produzieren lässt und je weiter die Entwicklung der Wasser-Elektrolyse fortschreitet. Erste Ergebnisse des Potenzialatlas Wasserstoff zeigen, dass sich in großen Teilen Westafrikas Grüner Wasserstoff bereits heute für unter 2,50 Euro pro Kilo herstellen lässt. Hinzu kommen hier allerdings noch die Kosten für den Transport und die Zur-Verfügung-Stellung des Wasserstoffs.

10. Wo soll der Grüne Wasserstoff herkommen?

Grüner Wasserstoff lässt sich dort am sinnvollsten produzieren, wo genügend erneuerbare Energie zur Verfügung steht, um die Wasser-Elektrolyse zu betreiben. Das Bundesforschungsministerium setzt aus diesem Grund auf strategische Partnerschaften mit Süd- und Westafrika sowie mit Australien. Dort herrschen hervorragende Bedingungen, um Strom aus Wind und Sonne auf ungenutzten Flächen zu produzieren.

In Deutschland will die Bundesregierung bis 2030 eine Elektrolysekapazität von mindestens zehn Gigawatt aufbauen.

11. Wo soll Grüner Wasserstoff eingesetzt werden?

Zuerst dort, wo es auch auf absehbare Zeit keine einfacheren, klimaneutralen Alternativen gibt, wo Wasserstoff in hohen Mengen benötigt wird und wohin sich der Transport daher verhältnismäßig einfach organisieren lässt. Das heißt konkret: Zuerst in der Industrie. Vor allem die Chemie- und die Stahlindustrie haben einen hohen Bedarf an Grünem Wasserstoff.

12. Wie wird Grüner Wasserstoff transportiert?

Das kommt darauf an. Je nach Menge des transportierten Wasserstoffs sind unterschiedliche Transportmethoden sinnvoll. Für große Mengen über kurze Distanzen sind Wasserstoff-Leitungen die beste Option. Für mittlere und längere Distanzen bieten sich andere Methoden an. So lässt sich Wasserstoff auch unter hohem Druck, verflüssigt, gebunden an eine Trägerflüssigkeit oder in Form von Wasserstoff-Folgeprodukten transportieren. Allerdings hat jede Methode ihre Vor- und Nachteile. So gehen bei allen Transportmethoden Teile der transportierten Energie verloren. Zudem sind einige Transportmethoden einfacher handhabbar als andere. Das Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE befasst sich daher umfassend mit der Testung und Weiterentwicklung von Wasserstoff-Transportmethoden. Dabei forscht das Projekt auch zu der Frage, welche Methode wann in welchem Umfang am besten geeignet ist.

13. Warum will Deutschland in die Produktion von Grünem Wasserstoff einsteigen, obwohl es keinen Strom „übrig“ hat?

Deutschland nimmt im Bereich der Technologie-Exporte weltweit eine Führungsposition ein. Die Entwicklung für die Energiewende wegweisender Wasserstoff-Technologien kann diese Position dauerhaft stärken und gegebenenfalls sogar ausbauen. Wasserstoff –Technologien „made in Germany“ sollen künftig in großem Stil exportiert werden. Dazu muss Deutschland entsprechende Anlagen zunächst im eigenen Land aufbauen und demonstrieren. Zudem gibt es auch in Deutschland Bereiche, in denen eigene Wasserstoff-Elektrolyseure sinnvoll eingesetzt werden können.

Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer gibt für deutsche Anlagenbauer im Bereich Elektrolyseure einen Weltmarktanteil von mehr als einem Sechstel an. Ziel der Bundesregierung ist es, diesen Anteil durch weitere aus Forschung und Entwicklung resultierende Innovationen zu festigen. So sollen in diesem wachsenden Wirtschaftszweig Arbeitsplätze geschaffen und Exportchancen genutzt werden.

14. Welche Rolle spielt das Bundesforschungsministerium bei der Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie?

Die Bundesregierung hat mit der Nationalen Wasserstoffstrategie den Fahrplan für den Markthochlauf einer Wasserstoff-Wirtschaft vorgelegt. Im Aktionsplan wurden 38 Maßnahmen festgehalten, mit denen eine schnelle und zielgerichtete Umsetzung der Strategie gewährleistet werden soll. Sechs der 38 Maßnahmen fallen primär in den Aufgabenbereich des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF):

Maßnahme 23: Erstellung einer Wasserstoff-Roadmap für Deutschland
Maßnahme 24: Demonstrationsprojekte zu internationalen Wasserstoff-Lieferketten
Maßnahme 25: Forschung und Innovation zum Thema Wasserstoff
Maßnahme 26: Innovationsfreundliche Rahmenbedingungen für Grünen Wasserstoff
Maßnahme 29: Ausbildung von Fachpersonal zum Thema Wasserstoff
Maßnahme 36: Erstellung eines Potenzialatlas Grüner Wasserstoff

15. Welche Projekte zu Grünem Wasserstoff fördert das Bundesforschungsministerium bereits heute?

Die bisher größte Initiative des Bundesforschungsministeriums bilden die Wasserstoff-Leitprojekte. Darin entwickeln Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam Lösungen, um Hürden auszuräumen, die eine deutsche Wasserstoffwirtschaft noch behindern. Sie bringen Elektrolyseure zur Wasserstoffproduktion in die Serienfertigung, testen die Wasserstoffproduktion auf hoher See und entwickeln Technologien zum Wasserstofftransport weiter. Daneben gibt es eine Vielzahl von Projekten der Wasserstoff-Grundlagenforschung. Sie sollen den Wasserstoff-Technologien von morgen und übermorgen beim Sprung raus auf dem Labor rein in die Wirtschaftlichkeit helfen. Dabei suchen sie Antworten auf grundlegende Fragen der Wasserstoffwirtschaft und legen so die wissenschaftliche Basis für neue Produkte und Anwendungen.

Eine Übersicht der wichtigsten Projekte des BMBF zum Thema Wasserstoff finden Sie hier.