Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum und spielt eine wichtige Rolle in vielen organischen Verbindungen. Es hat die geringste Atommasse aller Elemente und bietet zahlreiche Vorteile: Es ist leichter als Luft, ungiftig, nicht ätzend oder radioaktiv. Zudem verbrennt es rückstandsfrei mit einer farblosen Flamme.
Wo findet man Wasserstoff in der Natur?
Wasserstoff (H2) kommt in gebundener Form vor, zum Beispiel als Wasser (H2O) zusammen mit Sauerstoff (O2). Auch Erdgas, das hauptsächlich aus Methan (CH4) besteht, und Erdöl enthalten Wasserstoff. Darüber hinaus finden sich in mehr als der Hälfte aller bekannten Minerale Wasserstoff. In der Erdatmosphäre ist er als Wasserdampf vorhanden.
Wie wird Wasserstoff erzeugt?
Wasserstoff ist ein vielseitiges chemisches Element, das als Energieträger genutzt werden kann. Zur Gewinnung und Speicherung von Wasserstoff wird Energie benötigt. Da Wasserstoff auf der Erde jedoch nicht in reiner Form vorkommt, muss er aus wasserstoffreichen Ausgangsstoffen abgespalten werden. Zu diesen Ausgangsstoffen gehören unter anderem Erdgas, andere Kohlenwasserstoffe, Biomasse, Wasser und andere wasserstoffhaltige Verbindungen.
Die Trennung dieser Stoffe erfolgt mithilfe von chemischer, elektrischer, thermischer oder solarer Energie, um reinen und ungebundenen Wasserstoff zu erzeugen. Aktuelle Konzepte zielen darauf ab, Wasserstoff zunehmend mithilfe erneuerbarer Energien zu gewinnen. Dadurch ist eine klimaneutrale Wasserstoffherstellung möglich.
Es gibt verschiedene Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff:
Elektrolyseverfahren: Emissionsfreie Herstellung von grünem Wasserstoff
In Deutschland gibt es bereits über 30 Elektrolyseure, die grünen Wasserstoff herstellen. Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Wasserstoff wandert zum negativ geladenen Pol, während der Sauerstoff zum positiv geladenen Pol wandert. Die eingesetzte elektrische Energie wird in chemische Energie umgewandelt und im Wasserstoff gespeichert.
Wenn der für die Elektrolyse verwendete Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, wird grüner Wasserstoff erzeugt. Weitere Möglichkeiten zur Herstellung von grünem Wasserstoff umfassen die Vergasung und Vergärung von Biomasse sowie die Reformierung von Biogas. Alle diese Verfahren sind CO2-neutral.
Reformierungsverfahren: Grauer und blauer Wasserstoff aus Erdgas
Heutzutage wird Wasserstoff vor allem industriell aus Erdgas gewonnen, indem Wasserdampf hinzugefügt wird (Dampfreformierung). Bei dieser chemischen Reaktion entstehen Wasserstoff und Kohlendioxid. Dieser Wasserstoff wird als grauer Wasserstoff bezeichnet.
Wenn das entstehende CO2 nach der Wasserstoffherstellung aufgefangen und entweder in geologischen Lagerstätten gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS) oder weiterverwendet wird (Carbon Capture and Utilization, CCU), spricht man von blauem Wasserstoff. Auch blauer Wasserstoff ist klimaneutral, solange das abgeschiedene CO2 nicht in die Atmosphäre gelangt.
Methanpyrolyse: Türkiser Wasserstoff
Bei der Methanpyrolyse wird Erdgas, wie zum Beispiel Methan (CH4), unter Zugabe von Hitze zerlegt. Dabei entsteht Wasserstoff und fester Kohlenstoff. Um dieses Verfahren CO2-neutral zu machen, muss die Energieversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen stammen. Zudem muss der entstehende Kohlenstoff langfristig gebunden werden, beispielsweise in der Bau- oder Werkstoffindustrie sowie im Straßenbau.
Für weitere Hintergründe und detaillierte Erklärungen zur Herstellung von Wasserstoff, seiner Geschichte und seinen Potenzialen, können Sie unsere aktuellen Lehrerhandreichung “Wasserstoff” und das BDEW-Factsheet “Wasserstoff” konsultieren.
