Die Vision vom Wasserstoff als Energieträger gibt es seit Langem. Schon der Schriftsteller Jules Verne hatte in seinem Roman "Die geheimnisvolle Insel" im Jahr 1874 Wasser als "Kohle der Zukunft" bezeichnet. In Deutschland soll die im Juni 2020 beschlossene Nationale Wasserstoffstrategie dem Wasserstoff endlich zum Durchbruch verhelfen. Auch das Europaparlament hat sich für den Aufbau einer europäischen Wasserstoffwirtschaft ausgesprochen, um die selbstgesteckten Klimaziele zu erreichen. Mit der Technologie könnten bis 2050 pro Jahr etwa 560 Millionen Tonnen CO2 eingespart werden, heißt es in einem Bericht, den das EU-Parlament am 19. Mai 2021 angenommen hat.

Was ist Wasserstoff eigentlich?

Wasserstoff ist das häufigste chemische Element in der Sonne und macht drei Viertel der Masse unserer Galaxie aus. Auf der Erde kommt es allerdings als Gas kaum vor, sondern meistens gebunden mit Sauerstoff - als Wasser. Wenn man Wasserstoffgas nutzen will, muss man es aus dem Wasser abspalten. Das passiert mit Hilfe von Strom. Elektrolyse heißt das Verfahren oder neuerdings auch "Power to Gas". Der Strom sollte dabei möglichst aus erneuerbaren Quellen kommen, damit bei der Produktion des Wasserstoffs nicht auch klimaschädliche Gase entstehen. Konzepte dafür gibt es seit den 1970er-Jahren.

1989 baute man im bayerischen Städtchen Neunburg vorm Wald in der Oberpfalz eine Solar-Wasserstoff-Anlage. Dort wurde das Gas mit Hilfe von Solarzellen erzeugt. Zehn Jahre später entstand ein ähnliches Projekt in der Wüste Saudi-Arabiens. Am Bau beteiligt war das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR. Zur Jahrtausendwende eröffneten die ersten Wasserstofftankstellen in Deutschland.

Wasserstoff ist teuer und schreckt Investoren ab

Diese Projekte waren revolutionär und wegweisend. Den Durchbruch des Wasserstoffs brachten sie aber nicht. Wasserstoff blieb teuer und fossile Energieträger wie Erdöl und Erdgas blieben günstig. Daher fehlte die Motivation, in die Wasserstoff-Technik zu investieren.

Doch die Erde erwärmt sich immer stärker. 2007 drängte das Europäische Parlament die EU-Mitgliedstaaten dazu, eine Wasserstoffwirtschaft aufzubauen. Als erstes Land weltweit beschloß Japan 2017 eine nationale Wasserstoffstrategie. Andere Nationen folgten, Deutschland im Sommer 2020. Klimakrise und Energiewende haben die alten Wasserstoff-Träume wiederbelebt. Aber deren Verwirklichung ist für viele mit einer Bedingung verbunden: Der Wasserstoff muss grün sein.

Wasserstoff – ein vielseitiges Gas

Wasserstoffgas hat eine entscheidende Stärke: Es kann Energie speichern, wenn es sein muss, monatelang. Auch deswegen wird Wasserstoff derzeit hoch gehandelt - als Speicher für den schwankenden Strom aus Solarzellen oder Windrädern. Man kann ihn wunderbar zwischenlagern, in Druckbehältern oder Gaskavernen. Außerdem wird es für viele Prozesse in der Industrie gebraucht, etwa für die Produktion von Ammoniak und Methanol.

In Zukunft könnte Wasserstoff auch wichtig für die Stahlindustrie werden. Um klimafreundlich Stahl aus Eisenerz zu gewinnen, braucht es im Hochofen einen Ersatz für Kohle. Das könnte Wasserstoff sein. Der Wasserstoff, der heute in der Industrie zum Einsatz kommt, wird mithilfe von Elektrolyse hergestellt. Allerdings in der Regel mit konventionellem Strom aus Kohlekraftwerken. Er heißt deswegen grauer Wasserstoff – und von dem möchte man wegkommen.

Fahren mit Wasserstoff

Wasserstoff soll auch als Treibstoff für Automobile dienen. Die Frage: "Wasserstoff oder Strom?" beziehungsweise "Brennstoffzelle oder Batterie?" ist dabei fast zu einer Glaubensfrage geworden. In beiden Fällen treibt ein Elektromotor das Auto an. Der Unterschied: Im einen Fall kommt der Strom dafür direkt aus der Batterie. Im anderen wird er von einer Brennstoffzelle im Fahrzeug erzeugt.

Vor ein paar Jahrzehnten sollten die Wasserstofffahrzeuge Diesel und Benziner ersetzen. Sie hatten die Nase vorne unter den alternativen Antrieben für die Straße. Inzwischen dominieren jedoch die E-Autos mit Akkus als Energiespeicher. Ein Grund sind techische Fortschritte bei den Batterien. Bei E-Autos war die maximale Reichweite anfangs sehr gering. Inzwischen kommen manche Modelle aber rund 600 Kilometer weit, ohne an einer Ladesäule halten zu müssen. Derzeit erhältliche PKW mit Wasserstoff-Antrieb haben eine ähnliche Reichweite.

Mangel an Infrastruktur für Wasserstoff-Wirtschaft

Wasserstoffautos sind zudem bisher sehr teuer. Das führt zu einem klassischen Henne-Ei-Problem: Wenn die Nachfrage steigt und die Hersteller größere Stückzahlen liefern, dürften die Fahrzeuge billiger werden. Ein Henne-Ei-Problem gibt es auch bei der Frage, wo man den Wasserstoff in den Tank bekommt. Noch nicht einmal 100 Wasserstofftankstellen gibt es in Deutschland, verglichen mit knapp 15.000 herkömmlichen Tankstellen.

Energieeffizienz mangelhaft

Ein erheblicher Nachteil des Wasserstoffs als Treibstoff lässt sich aber nicht so schnell beseitigen: Die Energieeffizienz. Allein aus diesem Grund plädieren viele Fachleute dafür, möglichst gleich mit Strom zu fahren und nicht zunächst Wasserstoff zu tanken, der dann in der Brennstoffzelle in Strom umgewandelt wird. Nur wenn ein Fahrzeug mehrere Tonnen wiegt und deshalb die Batterien für den Antrieb zu groß und schwer werden, kann Wasserstoff als Treibstoff sinnvoll sein, also bei Bussen oder Lkw. Oder für Züge, wenn Oberleitungen fehlen, was bei mehr als einem Drittel des deutschen Bahnnetzes der Fall ist.

CO2-Steuer könnte Wasserstoff wettbewerbsfähig machen

Wasserstoff ist teuer, vor allem der grüne Wasserstoff. Aus den Zapfsäulen kommt heute grauer Wasserstoff. Hergestellt aus Erdgas oder per Elektrolyse mit konventionell erzeugtem Strom, beides verbunden mit klimaschädlichen Emissionen. Weil CO2 nichts kostet, ist eine Tankladung grauer Wasserstoff genauso teuer wie eine Tankfüllung Benzin. Beim grünen Wasserstoff dagegen sind zur Zeit die Kosten für die Produktion noch hoch. Wettbewerbsfähig wird er erst, wenn man fossile Energieträger mit einer CO2-Steuer belegt. Die müsste allerdings sehr hoch sein. Fachleute erwarten zwar, dass sowohl die Elektrolyse in den kommenden Jahren effizienter wird, als auch, dass der Preis für Strom aus Wind und Sonne sinkt. Aber das wird dauern.

Wasserstoff aus südlicher Sonnenenergie

Je günstiger der Strom, desto günstiger der Wasserstoff. Günstig lässt sich der Strom dort produzieren, wo die Sonne besonders intensiv scheint oder der Wind stark bläst. Effizient könnte es auch sein, Wasserstoff mit Wärme zu erzeugen – und zwar in solarthermischen Kraftwerken. Solche Anlagen funktionieren allerdings erst in südlichen Breiten wie Südspanien, Sizilien oder Nordafrika effektiv. Es bleibt aber den Staaten dort überlassen, wie sie Geld mit grünem Strom verdienen wollen.