Herstellung von Wasserstoff und Farben

Aktuell wird der Wasserstoffbedarf vor allem durch Dampfreformierung gedeckt. Dabei reagieren fossile Energieträger wie Erdgas oder Erdöl und Wasserdampf zu Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Als Nebenprodukt entsteht das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid. Das so gewonnene Produkt wird auch als „grauer“ Wasserstoff bezeichnet. Aufgrund der dabei erzeugten Kohlenstoffdioxidemissionen kann dieser nicht als klimaneutraler Energieträger bezeichnet werden, auch wenn bei der anschließenden Nutzung keine CO₂-Mengen anfallen. Nicht zu vernachlässigen sind hierbei auch die häufig nicht unerheblichen Vorkettenemissionen aus dem Transport und der Förderung von Erdgas.

„Blauer“ Wasserstoff, wird wie „grauer“ meist aus Erdgas hergestellt. Das entstehende CO₂ wird hierbei jedoch abgeschieden und entweder in anderen Industriezweigen genutzt oder unterirdisch gespeichert (Carbon Capture and Storage: CCS, Carbon Capture and Utilization: CCU). Auf diese Weise entstehen beim Herstellungsprozess selbst keine CO₂-Emissionen. Sofern der Energiebedarf der Dampfreformierung aus erneuerbaren Quellen gedeckt wird, wäre er somit klimafreundlicher als grauer. Die Prozesskette des blauen Wasserstoffs erzeugt aber immer noch beträchtlichen Ausstoß an Treibhausgasen – insbesondere durch die Förderung und Bereitstellung des Erdgases.

Diese „Farbe“ des Wasserstoffs wird in Fachkreisen zuletzt intensiv diskutiert: Sogenannter „türkiser“ Wasserstoff wird durch die Pyrolyse (vereinfacht: Erhitzung unter Abwesenheit von Sauerstoff) von Methan hergestellt. Dabei fällt statt gasförmigem Kohlenstoffdioxid fester Kohlenstoff an, der anders als CO₂ problemlos gespeichert und sogar vielfältig genutzt werden kann. Diese Technologie ist bisher jedoch nicht in großskaligen, industriellen Dimensionen umsetzbar. Die Technologie umgeht zwar die Schwierigkeiten im Kontext von CCU/CCS-Verfahren (geringe Akzeptanz, Risiken der Speicherung, zusätzlicher Energiebedarf etc.). Jedoch bleibt das vom blauen Wasserstoff bekannte Problem der Vorkettenemissionen mit höchst klimaschädlichen Treibhausgasen, die bereits bei der Förderung des Erdgases entstehen. Es gibt Überlegungen perspektivisch aus Biogas gewonnenes Biomethan einzusetzen, so könnten in beschränktem Maße fossile Rohstoffe ersetzt werden.

„Grüner“ Wasserstoff wird mit Hilfe erneuerbaren Stroms durch Elektrolyse von Wasser gewonnen. Dabei wird Wasser unter Strom gesetzt und dadurch in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Der Strom trennt dabei die chemischen Verbindungen. An der positiv geladenen Elektrode (Anode) entsteht dabei Sauerstoff, an der negativ geladenen Elektrode (Kathode) Wasserstoff. Um die Vermischung der beiden Produkte zu vermeiden, werden die beiden Elektrodenkammern durch eine für Ladungsträger durchlässige Membran getrennt.

Die sogenannte alkalische Elektrolyse ist ein bereits seit Jahrzehnten großtechnisch etabliertes Verfahren. Alternative Elektrolysetechniken, wie zum Beispiel die PEM-Elektrolyse oder die Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEL), werden bereits für den Einsatz im industriellen Maßstab hochskaliert bzw. getestet (wie z.B. die PEM-Elektrolyse im Projekt REFHYNE im Shell Energy and Chemicals Park).