Wasserstoff ist ein Gas und kommt auf der Erde vor allem in chemischen Verbindungen vor (Wasser, Säuren, Kohlenwasserstoffe, etc.). Wasserstoff kann auf unterschiedliche Art und Weise gewonnen werden. Je nach technologischem Herstellungspfad und eingesetzter Energie wird Wasserstoff in Deutschland üblicherweise in unterschiedliche Farben eingeteilt: Je nach eingesetztem Strom wird bspw. zwischen „grünem, grauen, blauen, türkisem, roten und orangen“ Wasserstoff unterschieden.
Bei der strombasierten Herstellung von Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse wird Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) aufgespalten. Dagegen wird elementar in der Erdkruste vorkommender Wasserstoff als „weißer“ Wasserstoff bezeichnet.
Derzeit wird weltweit der überwiegende Teil des Wasserstoffs noch aus Erdgas (CH4) über das Verfahren der Dampfreformation (Steam-Methan-Reforming, SMR) gewonnen. Bei diesem Verfahren werden allerdings u.a. Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emissionen freigesetzt. Den so hergestellten Wasserstoff (H2), nennt man auch „grauen“ Wasserstoff. Wird bei dieser Art der Gewinnung zur Reduktion des Emissionslast CO2 abgeschieden und gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS), spricht man von „blauem“ Wasserstoff. Daneben wird an der großskaligen Herstellung von so genanntem „türkisem“ Wasserstoff geforscht, bei dem der Kohlenstoff mittels Methanpyrolyse als Feststoff im Prozess abgeschieden wird. „Roter“ Wasserstoff wird mittels Stroms aus Atomkraftwerken und „oranger“ Wasserstoff auf Basis von Abfall- und Reststoffen erzeugt.
„Grüner“ Wasserstoff wird aus erneuerbarem Strom gewonnen und ist entsprechend besonders klimafreundlich und auf Dauer nachhaltig. Ziel der Bundesregierung ist es somit, eine zuverlässige Versorgung Deutschlands mit grünem Wasserstoff zu erreichen.
Klimaneutraler Wasserstoff
Für die Herstellung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse wird Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne verwendet werden. Dieses Verfahren wird auch als Power-to-Gas bezeichnet und ist eine der Technologien zur Sektorenkopplung (sog. Power-to-X-Technologien), durch die erneuerbarer Strom gespeichert und auch über die direktelektrischen Anwendungen hinaus, z.B. in den Bereichen Industrie, Verkehr und Gebäude, aber auch zur Rückverstromung, genutzt werden kann.
Bei der Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse werden aktuell vier Technologien unterschieden: Die alkalische Elektrolyse (AEL), die Proton-Exchange-Membran Elektrolyse (PEM), die Anionenaustauschmembran-Elektrolyseur (AEM) und die Hochtemperaturelektrolyse (HTEL). Die alkalische Elektrolyse ist bereits seit über einem Jahrhundert bekannt und kommerziell nutzbar, die PEM-Elektrolyse stellt eine deutlich jüngere Technologie dar, die ebenfalls kommerziell einsatzbereit ist. Gegenüber der AEL bietet die Technologie noch viel Potenzial für technische Entwicklungen und Kosteneinsparungen. Entwicklungsresultate bei der AEM-Elektrolysetechnologie zeigen ihre Eignung, Wasserstoffproduktion aus regenerativem Strom in Zukunft massentauglich zu machen. Die HTEL befindet sich noch in der Pilotphase, ihr wird für die Zukunft eine zunehmende Bedeutung zugerechnet.