Wasserstoff

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum, das 75% der Gesamtmasse bzw. 93% aller Atome im Sonnensystem ausmacht. Auf der Erde kommt Wasserstoff hauptsächlich als Bestandteil von Wasser (H2O) und in vielen organischen Verbindungen vor. Wasserstoff ist demzufolge überall in großen Mengen vorhanden – allerdings bemerken wir ihn kaum, weil er sehr leicht ist. In reiner Form ist er auf der Erde nur sehr selten vorhanden, weil dieses Gas sehr reaktionsfreudig ist.

Da Wasserstoff nicht oder nur sehr selten in reiner Form vorkommt, wird er künstlich erzeugt. Alle Verbindungen, in denen Wasserstoff vorkommt - also Wasser, aber auch Erdgas, Methan oder Biomasse - können hierfür als Rohstoff verwendet werden.

Welche Wasserstoff-Varianten gibt es?

Als Energieträger kann Wasserstoff Energie speichern und transportieren. Deshalb wird zur Herstellung Primärenergie benötigt. Je nach Primärenergiequelle werden dem Wasserstoff in der Namensgebung unterschiedliche Farben und Bezeichnungen zugeordnet:

Grüner Wasserstoff entsteht durch die Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energien. Ein Teil der eingesetzten Energie wird in Wasserstoff umgewandelt – ein kleinerer Teil in Wärme.
Grauen Wasserstoff wird ausschließlich aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
Blauen Wasserstoff entspricht dem grauer Wasserstoff. Das entstandene Kohlendioxid wird aufgefangen und gespeichert.
Türkiser Wasserstoff wird durch die thermische Spaltung von Methan aus Erdgas hergestellt.
Roten Wasserstoff entsteht durch die Elektrolyse von Wasser mit Strom aus Kernkraftwerken.
Der seltene weißer Wasserstoff entsteht auf natürlichem Weg in der Erdkruste und wird mittels Fracking-Technologien gewonnen.

Grüner Wasserstoff gilt derzeit als einer der wichtigsten Pfeiler, um die Energiewende voranzutreiben und die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen.

So entsteht grüner Wasserstoff

Grüner Wasserstoff entsteht klassisch durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien.

Mit Wasserstoff können Schwankungen bei der Versorgung mit elektrischer Leistung aus Erneuerbaren Energien ausgeglichen werden: Erneuerbare Energie aus Wasserkraft, Sonne oder Wind steht nicht immer in konstanter Menge zur Verfügung. Wasserstoff kann dann erzeugt werden, wenn ein Überschuss an Erneuerbaren Energien vorliegt und er kann verstromt werden, wenn ein Mangel vorliegt.

Auch andere Methoden zur Herstellung von grünem Wasserstoff werden aktuell diskutier, z.B. die Methanpyrolyse. Hierbei wird Biomethan unter großer Hitze und ohne Sauerstoff in CO2-freien Wasserstoff und festen Kohlenstoff zerlegt.

Das Verfahren verbraucht weniger Strom als die klassische Wasserelektrolyse. Und im Prozess direkt entsteht kein klimaschädliches Kohlendioxid, da das Kohlendioxid als fester Stoff ausfällt und verwahrt oder weiterverarbeitet werden kann.

Wie sicher ist Wasserstoff?

Der Umgang mit Wasserstoff ist nicht gefährlicher als der mit anderen gasförmigen Energieträgern. Aufgrund seiner geringen Dichte wird er gasförmig unter hohem Druck oder flüssig bei niedriger Temperatur gespeichert. Erfahrungen aus langjähriger Nutzung bestätigen die Sicherheit.

Die Gefahr, dass sich Wasserstoff entzünden oder gar explodieren kann, ist sehr gering. Wasserstoff an sich ist nicht brennbar. Nur in Verbindung mit Sauerstoff wird Wasserstoff zu einem zündfähigem Gemisch. Explosiv wird Wasserstoff erst, wenn ein Sauerstoffanteil von mindestens 18% vorliegt. Die Vermengung dieser beiden Elemente ist jedoch recht schwierig, weil Wasserstoff zirka 14mal leichter ist als Luft und sich schnell verflüchtigt. Die Nutzung von Wasserstoff ist also als sehr sicher einzustufen.

Wer produziert Wasserstoff?

Mehrere Länder, darunter Deutschland, Frankreich, die Niederlande, Dänemark und Schweden, planen die großtechnische Produktion von grünem, violettem, blauem und türkisen Wasserstoff.

Um die großen Mengen des globalen Bedarfs bereitstellen zu können, wird Wasserstoff ein global gehandeltes Produkt. Dazu führt die deutsche Bundesregierung Gespräche mit Ländern wie Algerien, Namibia, Indien, Canada oder Saudi-Arabien, um Lieferverträge abzuschließen. Für grün produzierten Wasserstoff müssen in diesen zukünftigen Partnerländern erneuerbare Stromerzeugungsanlagen (z.B. PV, Wind, Wasserkraft) in großen Mengen aufgebaut werden. Alle Anlagen um die zukünftige Wasserstoffproduktion bewerkstelligen zu können, sind heute in den ersten Konzept- und Planungsphasen.

Der in Deutschland produzierte Wasserstoff wird überwiegend aus Überschussstrom produziert, der nicht direkt genutzt oder über die Stromnetze abtransportiert werden kann. Im Netzgebiet der Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm wird Wasserstoff zukünftig von der SWU Energie GmbH und anderen Akteuren dezentral produziert.

Wie kann Wasserstoff transportiert werden?

Die Art des Transportes ist vom jeweiligen Aggregatszustand des Wasserstoffs abhängig. Flüssigwasserstoff wird in der Regel in speziellen Tanks auf LKWs oder Schiffen transportiert. Außerdem lässt er sich gut mittels Pipeline verbreiten.

Gasförmiger Wasserstoff kann wie Erdgas in Gasleitungen transportiert werden. Somit ließe sich jeder Haushalt mit Wasserstoff versorgen. Allerdings müssen dafür die bestehenden Netze erst „Wasserstoff-ready“ gemacht werden. In unserer Region übernehmen wir als Netzbetreiber diese Aufgabe. Neue Gasleitungen werden seitens der Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm nur noch so gebaut, dass durch sie Wasserstoff geleitet werden kann. Im bestehenden Netz werden die Leitungen bei Ertüchtigungen nachgerüstet.

Wann kommt der Wasserstoff in unsere Region?

Das H2-Kernnetz wird voraussichtlich bis 2034 direkt an Ulm vorbeiführen, so dass ab diesem Zeitpunkt die Beimischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz möglich ist. In den kommenden Jahren können sich zusätzlich dezentrale Wasserstoffproduktionsanlagen entwickeln, die sowohl zur Beimischung als auch zur Verteilung von reinem Wasserstoff beitragen.

Welche Rolle spielen die Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm als Netzbetreiber?

Derzeit können dem bestehenden Erdgasnetz 5 Volumenprozent Wasserstoff beigemischt werden. Da die Auswirkungen auf das Material zwischen Erdgas und H2 unterschiedlich sind, prüfen wir derzeit die Verträglichkeit unserer Netze und Anlagen. Absolute Versorgungssicherheit ist auch im Bereich Wasserstoff unser erstes Ziel.

Um den Einsatz von Wasserstoff im Erdgasnetz bis 2040 (spätestens 2045) zu ermöglichen, werden Umstellzonen auf Kundenebene (Nieder- und Mitteldruck) definiert. Die Wasserstoffanteile in den Umstellzonen werden unter Berücksichtigung aller Netzkomponenten und Anlagen ermittelt, wobei die Entscheidungen auf kommunaler Ebene gemeinsam getroffen und nicht allein vom Netzbetreiber festgelegt werden.

Die Umstellzonen werden in Abstimmung mit den Kommunen und unter Berücksichtigung der lokalen Anforderungen gemeinschaftlich definiert. Auf dieser Grundlage wird eine Strategie zur Transformation der Gasnetze erarbeitet.

Umstellzonen