Wasserstoff und seine Anwendungsgebiete

Ob Energiewirtschaft, Verkehr oder Industrie – mit seinen vielfältigen Einsatzoptionen ist Wasserstoff ein Multitalent.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: In Form von synthetischen Gasen lässt sich mit Wasserstoff Wärme erzeugen, im Mobilitätsbereich mit Brennstoffzellen sowie mittels synthetischer Kraftstoffe Fahrzeuge bewegen und auch in der Industrie kann H2 als Ausgangssubstanz in verschiedensten Prozessen zum Einsatz kommen. Perspektivisch kann Wasserstoff auch in modernen Kraftwerken zur Rückverstromung eingesetzt werden (H2-ready).

H2 kann breit genutzt werden, zum Beispiel zur Wärmeerzeugung, als Schlüsselelement für die klimaneutrale Industrie der Zukunft, im Mobilitätsbereich oder in Zeiten mit geringer Verfügbarkeit von Wind und Sonne zur Rückverstromung. Der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur eröffnet umfangreiche Möglichkeiten das Gas einzusetzen:

CO2-frei erzeugter Wasserstoff kann als Energieträger in vielen wärmeintensiven Prozessen fossiles Erdgas ersetzen. Dabei entstehen bei seiner Verbrennung keine lokalen CO2-Emissionen, sondern Wasserdampf. Darüber hinaus ist er auch Grundstoff für die chemische Industrie und ein mögliches Reduktionsmittel in der Stahlindustrie. Unvermeidbare Treibhausgasemissionen industrieller Prozesse, wie beispielsweise in der Zementindustrie, können mit Hilfe von Wasserstoff chemisch gebunden und in den Wertschöpfungsprozess zurückgeführt werden. Die Erzeugung von Hochtemperatur-Prozesswärme  stellt teilweise komplexe Anforderungen. Auch hier kann Wasserstoff eine Lösung darstellen. Als Energiequelle für den Betrieb von Brennstoffzellen hat H2 zudem das Potenzial, zur Defossilisierung des Verkehrs- und des Gebäudesektors beizutragen sowie die Sektoren Energiewirtschaft, Verkehr, Industrie und Wärme intelligent miteinander zu verbinden.

Wasserstoff in der Industrie

Bereits heute ist er einer der zentralen Grundstoffe in der Industrie und als solcher elementar für verschiedene Prozesse und hochwertige Produkte. So wird Wasserstoff etwa zur Metallverarbeitung, zur Härtung von Fetten oder auch bei der Herstellung von Düngemitteln (bzw. von Ammoniak) und der Entschwefelung von Kraftstoffen eingesetzt.

 

Insbesondere eine klimaneutrale Grundstoffindustrie ist ohne den Einsatz von Wasserstoff aus heutiger Sicht nicht vorstellbar. So kann etwa die Primärstahlerzeugung durch seinen Einsatz weitgehend CO2-frei werden. Auch in der chemischen Industrie kann er einen bedeutsamen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Beispielsweise ermöglicht die Umstellung der Ammoniakerzeugung auf grünen Wasserstoff eine Reduktion von Treibhausgasemissionen in einem signifikanten Umfang, da hier jährlich mehrere Millionen Tonnen eingesetzt werden. Zudem wird Wasserstoff zukünftig als „Feedstock“ benötigt, um kohlenstoffhaltige Grundstoffe ohne fossile Rohstoffe herzustellen. Dies ist möglich, wenn der für die Kohlenwasserstoffe benötigte Kohlenstoff zum Beispiel aus Biomasse, Abfällen oder CO2 gewonnen wird. Wasserstoff kann zudem zur Erzeugung von Prozesswärme auf hohem Temperaturniveau für energieintensive Branchen, die nicht oder nicht vollständig elektrifizierbar sind, wie in der metallverarbeitenden oder der Glasindustrie, eingesetzt werden.

 

Zahlreiche Unternehmen, die sich im Rahmen der Landesinitiative IN4climate.NRW für eine klimaneutrale Industrie der Zukunft engagieren, forschen und erproben bereits Wasserstofftechnologien, die den Einstieg in eine Wasserstoffzukunft ermöglichen. So befassen sich die Projekte mit einer CO2-freien Stahlproduktion, der Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse im industriellen Maßstab, dem Aufbau der Transportinfrastruktur durch die Umwidmung von Erdgaspipelines, dem Einsatz von grünem Wasserstoff in Raffinerien oder zum Schmelzen von Glas und dem Voranbringen der Sektorenkopplung.


Trotz aller Aktivitäten von Bund und Ländern steht die Industrie auf dem Weg zur Wasserstoffwirtschaft der Zukunft derzeit noch einer Reihe regulatorischer und ökonomischer Hindernisse gegenüber. Im Rahmen von IN4climate.NRW wurde ein Diskussionspapier erarbeitet, das die zentralen Bedarfe für eine klimaneutrale Industrie auf Basis von Wasserstoff zusammenfasst und sich mit konkreten Forderungen an die Entscheidungsträger richtet.

Wasserstoff in Verkehr, Logistik und Transport

Künftig wird Wasserstoff auch in solchen Bereichen zum Einsatz kommen, in denen die direkte Nutzung oder die zeitliche Kopplung von Verfügbarkeit und Verbrauch von Strom schwieriger, technisch nicht möglich oder nicht kosteneffizient ist. Szenarioberechnungen weisen ihm beispielsweise auch in Teilen des Mobilitätssektors Potenzial zu. Dabei kann die Wasserstoff-Brennstoffzelle eine marktwirtschaftliche Option darstellen. Aber auch neu entwickelte Wasserstoffmotoren können dazu beitragen, den Transportsektor klimaneutral umzustellen. Das Thema Wasserstoff und auf Wasserstoff basierende synthetische Energieträger werden im Güterverkehr, im ÖPNV, im Schiffs-, nicht-elektrifizierten Schienen- und Flugverkehr einer weitgehend treibhausgasneutralen Welt voraussichtlich eine zentrale Rolle spielen. Erste Berührungspunkte im Individualverkehr (Wasserstofftankstellen) und im öffentlichen Nahverkehr (Wasserstoffbusse) existieren bereits.

Vision einer klimaneutralen Industriezukunft: Im Industrienetzwerk der Zukunft kommt Wasserstoff eine Schlüsselrolle zu

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