Wasserstoff & grüne Gase

Zu den grünen Gasen zählen alle gasförmigen Energieträger, bei deren Verbrennung nicht mehr CO₂ freigesetzt wird, als zuvor der Atmosphäre entnommen wurde. Die relevantesten sind Wasserstoff, Biomethan und synthetisches Methan. In bestimmten Abwendungen spielen sie auch für die Wärmeversorgung eine Rolle.

Wasserstoff – großes Potenzial, aber geringe Verfügbarkeit

Grüner– also aus Erneuerbaren Energien hergestellter – Wasserstoff wird im Energiesystem der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen. Seine energieintensive Herstellung und seine voraussichtlich mittelfristig knappe Verfügbarkeit machen ihn allerdings zu einer wertvollen Ressource. Eine, die nur dann zur Wärmeversorgung, insbesondere für Raumheizung und Warmwasser, um Einsatz kommen sollte, wenn keine klimaschonenden Alternativen zur Verfügung stehen. 

Anwendungsmöglichkeiten für grünen Wasserstoff im Wärmesektor sind folgende:

1. Prozesswärme: Im Wärmebereich zählt vor allem die Erzeugung von Hochtemperatur-Prozesswärme zu den H₂-Anwendungen.
2. Gebäudesektor – Brennstoffzellenheizung: In einer Brennstoffzelle kann Wasserstoff wieder in Strom verwandelt werden. Die dabei entstehende Wärme kann für Heizung und Warmwassererzeugung verwendet werden. Allerdings sind die hierfür erforderlichen Anlagen teuer und die Erzeugung von Niedertemperaturwärme über Wasserstoff gesamtsystemisch nicht sehr effizient. Deshalb wird sich die Nutzung voraussichtlich auf Gebäude mit Sanierungsschwierigkeiten, fehlenden alternativen Heizungssystemen und guter Anbindungsmöglichkeiten an die Wasserstoffinfrastruktur beschränken.
3. Gebäudesektor – Brennstoff (H2-ready): Als Brennstoff kann Wasserstoff zu einem geringen Anteil direkt in das normale Erdgasnetz eingespeist werden. Für höhere Anteile muss er in einem zusätzlichen Aufbereitungsschritt mit Kohlenstoff zu Methan umgewandelt werden. Oder es kommen sogenannte H2-Ready-Gasheizungen zum Einsatz.
4. Gebäudesektor – Kraft-Wärme-Kopplung in der Fernwärme: Zur direkten Wärmebereitstellung können in Fernwärmenetzen H2 basierte KWK-Anlagen für die Spitzenlasterzeugung eingesetzt werden. Dazu wird schon heute beim Bau neuer Anlagen ein Brennstoffwechsel mitberücksichtigt. Auch viele Forschungsvorhaben beschäftigen sich mit der Nutzung von Wasserstoff in Gas- oder Blockheizkraftwerken.
5. Abwärmenutzung – Elektrolyseure: Die Auskopplung von Abwärme bei der Wasserstofferzeugung kann ebenfalls über Wärmenetze verteilt und für die Wärmeversorgung von Gebäuden genutzt werden. 

Im Rahmen der Wärmeplanung sollen potenzielle Wasserstoffnetzgebiete oder Prüfgebiete für grünes Methan ausgewiesen werden. Hierfür ist die genaue Analyse der künftigen Wärmebedarfe und Temperaturniveaus sowie auf der anderen Seite der Verfügbarkeit und leitungsgebundener Versorgungsmöglichkeiten von Wasserstoff und grünem Methan notwendig. Dasselbe gilt auch für weitere synthetische Gase für die Wärmeversorgung. 

Synthetisches Methan – Wasserstoff mit CO₂-Verwertung

Zur Herstellung von synthetischem Methan wird dem erzeugtem Wasserstoff CO₂ zugeführt – beispielsweise aus Biogas- oder Klärgasanlagen oder industriellen Prozessen. Das entstehende synthetische Gas lässt sich speichern und für viele unterschiedliche Verwendungen einsetzen, zur Wärme- und Stromerzeugung genauso wie für Industrieprozesse. Hier gelten jedoch die gleichen Ressourcenherausforderungen wie beim Wasserstoff selbst. Zudem ist die Synthese mit CO₂ sehr energieintensiv. Wird fossiles CO₂ für die Herstellung von synthetischem Gas genutzt, ist die Emission in die Atmosphäre der im Verbrennungsprozess entstehenden CO₂-Mengen zu vermeiden. Für die Treibhausgasbilanz im EU ETS sind zusätzlich zu den Treibhausgaskriterien nach der Renewable Energy Directive für Wasserstoff, die Kriterien für nachhaltige Kraft- und Brennstoffe der EU zu beachten.

Biomethan – vollwertiger Ersatz zu Erdgas mit anderen Nutzungsprioritäten

Ein weiteres grünes Gas für die Wärmenutzung ist Biomethan. Es entsteht durch natürliche Vergärungsprozesse aus organischen Rohstoffen. Sein großer Vorteil: Es kann in beliebigen Mengen in das Erdgasnetz eingespeist und wie Erdgas genutzt werden. Sein Nachteil: Der Ausgangsstoff Biomasse  ist nicht nur als Wärmelieferant, sondern auch als Nahrungsmittel oder Rohstoff gefragt – und knapp. Das limitiert sein Potenzial für die Wärmewende ebenfalls erheblich.