1. Einleitung und Ausgangslage
Der Übergang von einer fossilen zu einer vollständig regenerativen Energieversorgung vollzieht einen grundlegenden Wechsel im Umgang mit unserer Primärenergie. In der traditionellen Energiewirtschaft basierte das Gesamtsystem weitgehend auf fossilen Konserven: Kohle, Erdöl und Erdgas sind gespeicherte Energie, die nahezu beliebig und bedarfsgerecht zur Leistungserzeugung verbraucht werden konnte. Die Energie liegt wie Konserven im Keller. Sie sind jederzeit verfügbar, lange haltbar und nach Bedarf verwendbar. Die Infrastruktur ist eine Einbahnstraße: Quelle, Übertragung, Nutzung. Das ist die Welt, in der wir aufgewachsen sind.
Fossile und regenerative Energieversorgung im Vergleich – Energieflüsse und Analogien zur Landwirtschaft
Die regenerative Energiewirtschaft funktioniert grundlegend anders. Erneuerbare Energiequellen sind wie frisches Gemüse: Sie sind nur zu bestimmten Zeiten verfügbar (im Sommer gibt es viel Sonne, im Winter weniger), sie sind nicht mehr nutzbar, wenn man sie nicht sofort verbraucht oder verarbeitet. Diese Flüchtigkeit erfordert ein Umdenken: Wir müssen Energie nicht nur übertragen, sondern auch zeitlich verschieben, also für später speichern können. Genau an dieser Stelle betreten wir das Spielfeld des Wasserstoffs. Er ist eine konservierte Form für die „Ernte der Sonne“, um die Analogie zur Landwirtschaft weiterzuführen.
2. Grundlagen: Energieträger im Systemkontext
Bevor wir uns mit Wasserstoff im Detail auseinandersetzen, müssen wir kurz klären, was ein Energieträger eigentlich ist. Der Begriff ist in der Energiewirtschaft zentral, wird aber oft uneinheitlich verwendet. Wir unterscheiden hier grundsätzlich zwischen primären und sekundären sowie zwischen materiellen und immateriellen Energieträgern.
- Primäre Energieträger sind die natürlichen Quellen. Dazu gehören immaterielle (nicht stoffgebundene) Quellen wie Wind und Sonne (die direkt genutzt werden), aber auch materielle (stoffgebundene Energie-) Rohstoffe wie Holz, Kohle oder Erdgas, die in der Natur vorkommen.
- Sekundäre Energieträger entstehen erst durch Umwandlung. Die elektrische Energie ist hier das bekannteste (immaterielle, nicht stoffgebunde) Beispiel. Aber auch Kraftstoffe, Batterien oder eben Wasserstoff sind sekundäre, aber diesmal materielle (stoffgebundene) Energieträger.
Primäre und sekundäre Energieträger im Vergleich – Beispiele und schematische Unterteilung
Wasserstoff (H₂) ist also keine Energiequelle. Er ist ein sekundärer, materieller Energieträger. Das ist der entscheidende Punkt: Er ist ein Transport- und Speichermedium für Energie, die ursprünglich aus einer anderen Quelle stammt.
3. Erzeugungspfade von Wasserstoff
Die Frage ist nun: Wie stellen wir Wasserstoff her? Hier gibt es, wie oft in der Energiewirtschaft, einen fossilen und einen regenerativen Weg.
Die etablierten, fossilen Verfahren nutzen Erdgas (mit Dampfreformierung, partielle Oxidation) oder Kohle (mit Kohlevergasung). Diese Methoden sind zwar weit verbreitet, sind aber abhängig von fossilen Rohstoffen,
erzeugen CO₂ und tragen nicht zur Energiewende bei.
Fossile und regenerative Herstellung von Wasserstoff – Kohlevergasung und Dampfreformierung von Erdgas gegenüber Elektrolyse mit regenerativer Energie und Dampfreformierung von Biomasse
Die zukunftsfähigen, regenerativen Wege sind für unsere Betrachtung hier wichtig:
- Elektrolyse: Hier wird Wasser (H₂O) mit Hilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) gespalten. Wird die Elektrolyse mit Energie aus Wind oder Sonne betrieben, sprechen wir von „grünem Wasserstoff“. Das ist der bevorzugte Weg in der Zukunft.
- Biogas: Auch aus Biogas lässt sich Wasserstoff gewinnen, zum Beispiel durch Dampfreformierung.
- Biomasse und Reststoffe: Durch Pyrolyse und Dampfreformierung können organische Abfälle, Reststoffe und Biomasse in Wasserstoff umgewandelt werden.
4. Einordnung und Fazit
Wasserstoff nimmt in der regenerativen Energiewirtschaft eine besondere Rolle ein: Er erlaubt die zeitliche und örtliche Übertragung von Energie. Er ist das Bindeglied zwischen der flüchtigen, saisonalen „Ernte“ der erneuerbaren Energien und dem Bedarf der Verbraucher, der oft zu einem anderen Zeitpunkt und an einem anderen Ort auftritt. Er ermöglicht es, überschüssige Energie aus sonnigen Sommerwochen zu speichern und in den dunklen Wintermonaten zu nutzen. Im Gesamtbild der Energiewende ist er deshalb kein Konkurrent zu Batterien, sondern eine notwendige Ergänzung, um die Sektoren (Strom, Wärme, Verkehr, Industrie) langfristig zu verbinden. Eine nachhaltige Energieversorgung erfordert den gezielten Einsatz von grünem Wasserstoff an den Schnittstellen, an denen die direkte Nutzung von Photovoltaik und Windenergie an physikalische und ökonomische Grenzen stößt.
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5. Begriffserklärungen und Weiterführende Links
- Energieträger: Ein Stoff oder Phänomen, das Energie speichern oder transportieren kann.
- Elektrolyse: Elektrochemisches Verfahren zur Spaltung von Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) mittels elektrischen Stroms.
- Dampfreformierung: Chemischer Prozess zur Umwandlung von kohlenwasserstoffhaltigen Energieträgern (meist Erdgas) in Synthesegas unter Zugabe von Wasserdampf.
- Primärenergieträger: In der Natur direkt vorkommende Energieträger (z. B. Wind, Sonne, Rohöl) vor jeglicher technischen Umwandlung.
- Sekundärenergieträger: Durch Umwandlung aus Primärenergie gewonnene Energieträger (z. B. Strom, Kraftstoffe, Wasserstoff).
Weiterführende Links:
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