Wasserstoff: Rolle in der Energiewende und beim Heizen

Wasserstoff gilt als Baustein der Energiewende, weil er Strom speicherbar macht und in Industrieprozessen Kohle und Erdgas ersetzen kann. Beim Heizen ist er dagegen umstritten: Der Weg von Windstrom zur Heizungswaerme ueber die Elektrolyse verliert mehr als die Haelfte der eingesetzten Energie. Wir erklaeren, wie Wasserstoff entsteht, was er kostet, wie das geplante Kernnetz aussieht und fuer welche Anwendungen er sich eignet - und fuer welche nicht.

Was Wasserstoff ist und warum er als Energietraeger gilt

Wasserstoff (H2) ist das haeufigste Element im Universum, kommt auf der Erde aber fast nur gebunden vor - in Wasser und in Kohlenwasserstoffen. Er muss also erst erzeugt werden und ist damit kein Primaerenergietraeger wie Kohle oder Wind, sondern ein Sekundaerenergietraeger, aehnlich wie Strom. Beim Verbrennen entsteht lediglich Wasserdampf, kein CO2.

Seine Staerken: Wasserstoff hat mit rund 33,3 kWh pro Kilogramm die hoechste gravimetrische Energiedichte aller Brennstoffe - ein Kilogramm entspricht energetisch etwa drei Litern Diesel. Er laesst sich in Salzkavernen, Tanks und theoretisch im Gasnetz speichern und damit ueber Monate vorhalten. Seine Schwaechen: Er ist bei Normalbedingungen extrem leicht und voluminoes, muss fuer Transport und Speicherung entweder auf 350 bis 700 bar verdichtet oder auf minus 253 Grad verfluessigt werden, und er diffundiert durch manche Werkstoffe.

• Chemische Industrie: bereits heute grosser Bedarf fuer Ammoniak, Methanol und Raffinerieprozesse.
• Stahlerzeugung: Wasserstoff ersetzt Koks bei der Direktreduktion von Eisenerz.
• Verkehr: Brennstoffzellen-Lkw, Busse und Schienenfahrzeuge mit begrenzter Batteriereichweite.
• Stromsystem: Speicherung und Rueckverstromung in Gaskraftwerken fuer laengere Dunkelflauten.

Grau, blau, tuerkis, gruen: die Farben des Wasserstoffs

Die Farbbezeichnungen sind kein chemischer, sondern ein klimapolitischer Begriff: Sie sagen, wie viel CO2 bei der Herstellung anfaellt. Rund 95 Prozent des heute weltweit eingesetzten Wasserstoffs stammen aus Erdgas oder Kohle, nur ein kleiner Teil ist gruen.

Elektrolyse und Wirkungsgrad: wo die Energie bleibt

Bei der Elektrolyse spaltet elektrischer Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Moderne alkalische Elektrolyseure (AEL) und PEM-Elektrolyseure erreichen einen Systemwirkungsgrad von etwa 60 bis 70 Prozent, bezogen auf den Heizwert des erzeugten Wasserstoffs. Praktisch heisst das: Aus 100 kWh Oekostrom werden rund 55 bis 65 kWh Wasserstoff - der Rest geht als Abwaerme verloren, die allerdings im besten Fall in ein Nahwaermenetz eingespeist wird.

1. Erzeugung: 100 kWh Oekostrom werden in den Elektrolyseur geleitet.
2. Elektrolyse: bei etwa 65 Prozent Wirkungsgrad entstehen rund 65 kWh Wasserstoff (ca. 2 kg).
3. Verdichtung und Transport: Verdichtung auf 700 bar kostet rund 10 bis 15 Prozent, der Transport weitere 2 bis 5 Prozent der Energie.
4. Rueckverstromung oder Verbrennung: Ein Gas- beziehungsweise H2-Kraftwerk kommt auf 45 bis 60 Prozent, ein Brennstoffzellen-Heizgeraet auf 80 bis 95 Prozent Waerme, ein H2-Kessel auf 90 bis 98 Prozent.

In der Kette Strom zu Wasserstoff zu Strom bleiben also nur rund 30 bis 40 Prozent der urspruenglichen Energie uebrig. Genau deshalb wird Wasserstoff vor allem dort eingesetzt, wo es keine direkte Elektrifizierung gibt. Beim Heizen gibt es sie aber: Die Waermepumpe nutzt denselben Windstrom mit einem Faktor von drei bis fuenf - sie ist damit energetisch nicht zu schlagen.

Wasserstoff im Heizungskeller: H2-ready und Beimischung

H2-ready bedeutet, dass ein Gas-Brennwertgeraet so ausgelegt ist, dass es spaeter auf 100 Prozent Wasserstoff umgestellt werden kann - meist durch einen Brennertausch und eine Anpassung von Regelung und Gasarmatur. Eine Umruestung kostet nach Herstellerangaben im mittleren dreistelligen bis niedrigen vierstelligen Euro-Bereich pro Geraet. Wichtig: H2-ready heisst nicht, dass die Heizung heute gruen heizt, und auch nicht, dass zum Stichtag tatsaechlich Wasserstoff im Netz ist.

Beimischung ins Gasnetz ist technisch bis etwa 10 bis 20 Volumenprozent in vielen Netzen ohne Eingriffe moeglich, hoehere Anteile erfordern Anpassungen an Verdichtern, Messgeraeten und Endgeraeten. Die praktische Klimawirkung bleibt gering: Bei 20 Prozent Beimischung sinkt der CO2-Ausstoss einer Gasheizung hoechstens um rund 7 Prozent, weil Wasserstoff zwar kein CO2, aber deutlich weniger Energie pro Volumen enthaelt als Methan.

Das Wasserstoff-Kernnetz in Deutschland

Damit Wasserstoff dort ankommt, wo er gebraucht wird, entsteht ein deutschlandweites Kernnetz. Die Fernleitungsnetzbetreiber haben dafuer rund 9.700 Kilometer Leitung angemeldet; ein groesserer Teil davon soll aus umgestellten Erdgasleitungen bestehen, nur ein kleinerer Teil wird neu gebaut. Der Aufbau erfolgt stufenweise, erste Abschnitte sollen bereits in Betrieb sein, das Gesamtnetz soll bis 2032 stehen. Die Investitionssumme wird auf rund 19 bis 20 Milliarden Euro geschaetzt und ueber eine Umlage auf alle Gaskunden finanziert.

Kosten: Wasserstoff gegen Erdgas und Strom

Ob Wasserstoff wirtschaftlich ist, entscheidet der Preis pro Kilogramm. Bei 33,3 kWh pro kg entspricht ein Preis von 6 Euro pro kg einem Energiepreis von 18 ct/kWh. Weil ein Wasserstoff-Kessel praktisch den gleichen Wirkungsgrad hat wie ein Gas-Brennwertkessel, bestimmt dieser Preis direkt die Heizkosten.

Bei einem Waermebedarf von 16.000 kWh bedeutet das: Heizen mit gruenem Wasserstoff zum Preis von 6 Euro pro kg kostet rund 3.040 Euro pro Jahr, mit Erdgas rund 1.850 Euro, mit einer Waermepumpe bei JAZ 4,0 rund 1.040 Euro. Selbst wenn der Wasserstoffpreis auf 4 Euro pro kg faellt, bleibt das Heizen mit Wasserstoff mehr als doppelt so teuer wie mit der Waermepumpe und teurer als mit Gas.

Industrie und Verkehr zuerst, Gebaeudewaerme zuletzt

Bei jeder oekonomischen Betrachtung steht die Gebaeudewaerme am Ende der Warteschlange. In Stahlwerken, Raffinerien und der Grundstoffchemie gibt es kaum Alternativen zu molekularen Energietraegern; die Vermeidungskosten sind dort hoch, und die Mengen sind konzentriert an wenigen Standorten zu handhaben. Im Schwerlastverkehr punktet Wasserstoff gegenueber Batterien durch kurze Tankzeiten und hohe Reichweite.

• Stahl: Direktreduktion mit Wasserstoff statt Hochofen mit Koks, Pilot- und Grossanlagen im Aufbau, mehrere Millionen Tonnen Kapazitaet bis 2030 geplant.
• Chemie: Wasserstoff als Rohstoff fuer Ammoniak und Methanol, hier ist die Menge und nicht die Energiefrage entscheidend.
• Verkehr: Brennstoffzellen-Lkw, Busse im Linienverkehr und regionaler Schienenverkehr ohne Oberleitung.
• Stromsystem: H2-faehige Gaskraftwerke als Reserve fuer wind- und sonnenarme Wochen.
• Gebaeude: hier steht mit Waermepumpe, Fernwaerme und Solarthermie eine guenstigere, bereits verfuegbare Alternative.

Fuer Hausbesitzer folgt daraus eine klare Orientierung: Wer heute eine neue Heizung plant, sollte auf Effizienz und niedrige Vorlauftemperatur setzen und nicht auf eine moegliche Wasserstoffzukunft spekulieren. Eine H2-ready-Heizung kann sinnvoll sein, wenn ohnehin ein Gasgeraet notwendig ist und das lokale Netz eine Umstellungsperspektive hat - als Plan A taugt sie nicht.

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