Wasserstoff-Farbenlehre

Fabian Kapp
28 April 2022

Ein Überblick zu den Herstellungsverfahren und Energiebilanzen verschiedener Wasserstoff-Arten

Mit Blick auf die deutschen Klimaschutzziele ist Wasserstoff von entscheidender Bedeutung, unter anderem aus drei Gründen: 

1. Wasserstoff lässt sich herstellen und ist damit nicht nur als das im Universum am häufigsten auftretende Element nahezu unerschöpflich. 

2. Wasserstoff hat eine hohe Energiedichte und kann den Kraftstoffverbrauch im Industrie- und Mobilitätsbereich somit kosteneffizient senken. 

3. Wasserstoff lässt sich hervorragend speichern.

 

Je nach Herstellungsverfahren hat der produzierte Wasserstoff jedoch eine sehr unterschiedliche Energiebilanz mit zum Teil weitreichenden ökologischen Auswirkungen – was die meisten Herstellungsvarianten aus unserer Sicht nicht zukunftsfähig macht.

Man unterscheidet nach schwarzem, braunem, grauem, blauem, türkisem, orangem, weißem/goldenem, rotem oder grünem Wasserstoff. Im Folgenden erfahren Sie, was es mit den verschiedenen Farben auf sich hat und welche Methode die aktuell nachhaltigste ist, um Wasserstoff zu produzieren:

 

Steinkohle + Braunkohle (mit CO2-Freisetzung) – schwarz + braun

Schwarzer Wasserstoff wird durch Steinkohle erzeugt, brauner Wasserstoff durch die namensgebende Braunkohle. Noch heute werden über 90 % des nutzbaren Wasserstoffs unter Einsatz fossiler Brennstoffe hergestellt. Laut IKEM werden hierbei allein in der EU etwas 70 bis 100 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr freigesetzt.

Kohle + Erdgas (mit CO2-Freisetzung) – grau

Grauer Wasserstoff entsteht durch Dampfreformierung von Kohle oder Erdgas. Die fossilen Brennstoffe werden unter Hitzezufuhr in Wasserstoff und CO2 umgewandelt, wobei die entstehenden Emissionen ungenutzt in die Atmosphäre zurückgelangen und das Klima belasten. 

Natürliche Vorkommen (per Fracking) – weiß/golden

In der Erdkruste vorkommender Wasserstoff wird als weiß bezeichnet und kann mittels Fracking gewonnen werden – was jedoch nach wie vor als höchst umstritten gilt. Zunehmend wird natürlich vorkommender Wasserstoff aber auch als „golden“ bezeichnet, da er sich ständig selbst erneuert, wenn unterirdisches Wasser bei hohen Temperaturen und hohem Druck mit Eisenmineralien reagiert.

Kohle + Erdgas (ohne CO2-Freisetzung) – blau

Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (engl. Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre, und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden.

Kernenergie (Uranabbau) – rot

Roter Wasserstoff wird aus Kernenergie erzeugt. Einerseits „durch die Nutzung von Elektrizität durch Elektrolyse, zum anderen durch die Nutzung ihres Hochtemperatur-Abwassers über das TWS-Verfahren.“ Letzterer nutzt Hochtemperaturwärme (z.B. Sonnen- und nukleare Abwärme), um aus Wasser Wasserstoff zu erzeugen. Hierbei ist vor allem der Abbau des erforderlichen Urans von Nachteil, da das radioaktive Element neben seiner schädlichen Strahlung zudem nicht regenerativ ist.

Bioenergie (mit CO2-Freisetzung) – orange

Oranger Wasserstoff wird unter Nutzung von Biomasse hergestellt und liegt in organischen Formen wie z.B. anfallenden Siedlungsabfällen vor. Obwohl nach der Nutzung des orangen Wasserstoffs wieder CO2 freigesetzt wird, ist dieser dennoch ökologisch unbedenklicher als aus fossilen Brennstoffen hergestellter Wasserstoff. Für eine Massenproduktion jedoch erscheint oranger Wasserstoff wenig geeignet, da u.a. Entwaldung, Landknappheit und die Auswirkungen auf die Wasserressourcen wesentliche Kritikpunkte sind. 

Erdgas (CO2-frei) – türkis

Durch das Verfahren der Methanpyrolyse entsteht türkiser Wasserstoff. Auf diese Weise lässt sich Erdgas in Wasserstoff und festen Kohlenstoff trennen. Auch wenn hierbei nicht unmittelbar CO2 entsteht, ist die notwendige und ebenso aufwendige Förderung von Erdgas als Basis für dieses Verfahren von Nachteil. 

Wasser (CO2-frei) – grün

Per Elektrolyse lässt sich ein Wassermolekül in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Grün ist dieses Verfahren deshalb, da hierfür nur Strom aus regenerativen Quellen zum Einsatz kommt. Langfristig ist dies die einzig nachhaltige Variante der Wasserstofferzeugung. 

 

Wir bei Graebener® sind uns einig, dass vor allem grün produziertem Wasserstoff die Zukunft gehört.
Aus diesem Grund investieren wir in die Entwicklung von performanter Fertigungstechnologie für Bipolarplatten, die u.a. auch in Elektrolyseuren zum Einsatz kommen, um etwa Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff umzuwandeln und zu speichern. 

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