Erzeugung grüner Wasserstoff

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum und wird mit dem Symbol H für das lateinische Wort Hydrogenium (Wasserbildner) abgekürzt. Auf der Erde kommt Wasserstoff überwiegend als gebundenes Molekül vor. So entsteht bei einer Verbindung von zwei Wasserstoffteilen (H) und Sauerstoff (O) Wasser (H2O). Des Weiteren kommt Wasserstoff gebunden an andere Elemente in fast allen chemischen Substanzen der organischen Chemie vor.

Unter Normalbedingungen liegt das Wasserstoffelement nicht als atomarer Wasserstoff (H) vor, sondern als farb- und geruchloses Gas, dem molekularen Wasserstoff (H2).

Farbenlehre des Wasserstoffs

Die für die Herstellung von Wasserstoff benötigte Energie wird aus Wasserkraft, aus Photovoltaik und Windenergie gewonnen. Daher rührt der Name grüner Wasserstoff, weil diese Primärenergiequellen alle erneuerbar sind und somit auch grüne Energie genannt werden können.

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Grüner Wasserstoff

Grüner Wasserstoff kann aus der Elektrolyse gewonnen werden, hier wird Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. Der dazu benötigte Strom stammt aus erneuerbaren Energiequellen.

Des Weiteren kann grüner Wasserstoff auch mittels Biogas-Dampfreformierung erzeugt werden. Hier wird das Biogas in Wasserstoff und CO2 gespalten und das Kohlenstoffdioxid wird gespeichert und gelagert.

 

Grauer Wasserstoff

Grauer Wasserstoff entsteht ebenfalls durch Dampfreformierung. Hier wird jedoch fossiles Erdgas oder Kohle in Wasserstoff und CO2 gespalten. Dieses CO2 wird direkt in die Atmosphäre abgegeben und so entstehen pro gewonnener Tonne Wasserstoff auch 10 Tonnen Kohlenstoffdioxid.

Blauer Wasserstoff

Auch hier wird fossiles Erdgas mittels Dampfreformierung in Wasserstoff und CO2 gespalten. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid jedoch nicht in die Atmosphäre ausgestoßen, sondern gespeichert und industriell weiter genutzt.

Türkiser Wasserstoff

Hier wird Erdgas mittels Methanpyrolyse in Wasserstoff und elementaren Kohlenstoff gespalten. Der Kohlenstoff kann dauerhaft gebunden werden, was diese Verfahren CO2 neutraler macht.

Roter/ Rosa/ Violetter Wasserstoff

Hier wird ebenfalls Wasser mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Für die Elektrolyse wird allerdings Atomstrom verwendet.

Gelber Wasserstoff

Gelber Wasserstoff bezeichnet die Wasserstoffproduktion aus einer Mischung erneuerbarer Energien und fossiler Brennstoffe.

Wie kann Wasserstoff „erzeugt“ werden?

Verschiedene technologische Verfahren werden in diesem Abschnitt genauer erläutert.

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Elektrolyse

Bei der Elektrolyse wird Wasser in seine Komponenten Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Die H2-Erzeugung kann über eine

  • Alkalische Elektrolyse (A-EL),
  • einer Polymer-Austauschmembran-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse),
  • einer Hochtemperaturelektrolyse (HT-EL),

oder einer Anionen-Austauschmembran-Elektrolyse (AEM-Elektrolyse) erfolgen.

Dampfreformation

In diesem Verfahren werden verschiedene Gase (Bio oder fossil) in Wasserstoff und CO2 gespalten.

Da in der Biomasse atmosphärisches CO2 gebunden ist, entstehen so keine zusätzlichen Emissionen. Es ist ebenfalls möglich das entstehende biogene CO2 langfristig geologisch zu speichern. Diese Methode nennt sich Carbon capture and Storage-Technik (CCS).

Pyrolyse

Dies ist ein thermisches Verfahren, bei dem Erdgas mittels Methanpyrolyse in Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten wird. Die zur Spaltung des Methans verwendeten Reaktoren beziehungsweise Hochöfen sollten dazu auch mit erneuerbaren Energien betrieben werden.

Auch kann Wasserstoff in vielen Bereichen eingesetzt werden darunter unteranderem in der Industrie, im Verkehr und auch als Wärme für Quartierslösungen dienen.