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).

Grün, grau oder blau: Die Wasserstoff-Farbenlehre

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.

Von Elektrolyse bis Dampfreformation – wie wird Wasserstoff erzeugt?

Wasserstoff kann in vielen Bereichen eingesetzt werden – unter anderem in der Industrie, im Verkehr und kann auch als Wärme für Quartierslösungen dienen. Die Erzeugung von Wasserstoff ist durch mehrere technologische Verfahren möglich.

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Elektrolyse

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

Die H2-Erzeugung kann erfolgen über

  • eine alkalische Elektrolyse (A-EL)
  • eine Polymer-Austauschmembran-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse)
  • eine Hochtemperaturelektrolyse (HT-EL)
  • eine Anionen-Austauschmembran-Elektrolyse (AEM-Elektrolyse).
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

Bei diesem thermischen Verfahren wird Erdgas mittels Methanpyrolyse in Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten. Die zur Spaltung des Methans verwendeten Reaktoren, beziehungsweise Hochöfen, sollten dazu auch mit Erneuerbaren Energien betrieben werden.