Brennstoff-Check (13): Mit Wasserstoff heizen – wie geht das?

Was ist Wasserstoff? Wie kann Wasserstoff als Brennstoff zur Wärmeerzeugung dienen? Wie funktioniert das mit Wasserstoff heizen? Lohnt sich das Wärme erzeugen aus dem Brennstoff Wasserstoff? Diesen und anderen Fragen gehen wir in unserem mitterweile schon 13. Brennstoff-Check nach. 

Als Brennstoff der Zukunft ist Wasserstoff derzeit in aller Munde. Um sein Potential wird dabei auch gestritten. Wer verstehen will, wie das geht “mit Wasserstoff heizen”, der muss wissen, was Wasserstoff ist:

Was ist Wasserstoff?

Wasserstoff ist ein chemisches Element. Symbolisiert wird Wasserstoff mit dem Buchstaben H (atomarer Wasserstoff). Unter irdischen Bedingungen tritt er zumeist gebunden und als Molekül H₂ auf – ein farbloses und geruchloses Gas (Wasserdampf). Wasserstoff steckt Großteils gebunden in Wasser und in fast allen organischen Verbindungen.

Woher nehmen wir den Wasserstoff zum Heizen?

Wasserstoff lässt sich auf vielerlei Wegen erzeugen. Weit verbreitet ist das Verfahren Dampfreformierung aus kohlenstoffhaltigen, zumeist fossilen Energieqiuellen, das auch als das älteste seiner Art gilt. Aber: Dabei entsteht neben Wasserstoff auch das klimaschädliche Gas Kohlendioxid (CO₂). Aus diesem Grund setzt man viel Hoffnung und derzeit auch Entwicklungsmühe in das Verfahren Wasserelektrolyse. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt – ganz ohne CO₂ – wozu neben dem vielen Wasser aber auch viel elektrischer Strom benötigt wird. Anlagen, die dies können, heißen Power-to-Gas-Anlagen.

Warum ist Wasserstoff nicht gleich Wasserstoff?

Wird bei der Elektrolyse herkömlich erzeugter Strom verwendet, ist das Verfahren alles andere als umweltfreundlich Kommt erneuerbarer Strom zum Einsatz, sieht das Ganze schon grüner aus. Daher spricht man dann auch von “grünem Wasserstoff”.

Wie kann Wasserstoff als Brennstoff dienen?

Die Agentur für Erneuerbare Energien schreibt in ihrer aktuellen Pressemitteilung, dass “in einem immer stärker durch Wind- und Solarstrom geprägten Energiesystem die Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff … an Bedeutung” gewinne. Die Herstellung des synthetischen Energieträgers sowie seine Speicherung und Nutzung
seien demnach ein wichtiger Baustein für die notwendige Flexibilität im Energiesystem der Zukunft.

Wasserstoff (H₂) spiele für die Verknüpfung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr (Stichwort: Sektorenkopplung) eine wichtige Rolle. Das Gas könne laut der AEE in vielen Anwendungen genutzt werden,
zum Beispiel

• als Kraftstoff im Verkehr
• oder als Rohstoff in der Industrie.

Es könne durch Einbindung von Kohlenstoff aus CO₂ auch weiter umgewandelt werden in synthetisches Methan (CH₄). Letzteres sei genauso vielseitig nutzbar wie herkömmliches Erdgas.

Das zur Methanisierung benötigte CO₂ könne demnach auch mit Biogasanlagen bereitgestellt werden, denn in denen entstehe konzentriertes CO₂. Die Produktion und Nutzungsmöglichkeiten von Power-to-Gas sowie die Methanisierung durch Biogas illustriert die folgende Grafik.

In Zukunft soll die Nutzung von Power-to-Gas-Technologien die mittel- und langfristige
Speicherung von Energie ermöglichen und vor allem in Bereichen eingesetzt werden, wo eine direkte Stromnutzung nicht möglich sei, etwa zur Produktion von Hochtemperatur-Prozesswärme. Aufgrund der hohen Energieverluste bei den chemischen Prozessen sollte Strom jedoch entsprechend den Möglichkeiten bevorzugt direkt genutzt werden.

Die Anlagen könnten und müssten der AEE flexibel betrieben werden, um einerseits Netzengpässe zu vermeiden und andererseits den Anteil der Erneuerbaren Energien bei voller Versorgungssicherheit bis auf 100 Prozent zu steigern. Flexibilität bedeute, dass die Stromerzeugung in Gaskraftwerken und Biogasanlagen ruhe, sobald das Netz ausgelastet sei und die Anlagen genau dann einsprängen, wenn Wind und Sonne fehlten. Um dies nutzen zu können, müssten verstärkt Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen,
wie BHKW an Biogasanlagen und in Wärmenetzen, mit hoher Leistung und mit Wärmepufferspeichern ausgestattet werden.

Dann könnten flexibilisierte Systeme die ausscheidenden Kohle- und Kernkraftwerke ersetzen und die Energieversorgung sichern. „Eine erneuerbare Vollversorgung wird zukünftig auf die Flexibilität von Power-to-Gas angewiesen sein, die neben dem Wasserstoff heute schon mit Technologien der Bioenergie erfolgreich betrieben wird“, sagt Dr. Robert Brandt, Geschäftsführer der AEE. „Die Grundlage für den effizienten Einsatz von synthetischen Gasen bilden jedoch die Stromerzeugung aus Wind und Sonne, deren weiterer Ausbau gewährleistet sein muss.“

Warum ist das “mit Wasserstoff heizen” umstritten?

Wirklich grün ist Wasserstoff nur, wenn auch der zu seiner Herstellung genutzte Strom grün ist, schreibt n-tv hier. Dem Nachrichtensender zufolge gebe es beim mit Wasserstoff heizen noch dieses Problem: Wasserstoff könne zwar auch aus klarem Wasser gewonnen werden, in den meisten Fällen würden aber fossile Energieträger als Grundstoff genutzt. Heute handele es sich dabei überwiegend um Erdgas, in den nächsten Jahren solle Kohle diese Rolle übernehmen. In beiden Varianten würde bei der Synthese CO₂ freigesetzt, das aber im Idealfall abgeschieden und gespeichert werden könne.

Neben der Produktion sieht n-tv noch ein weiteres Problem beim mit Wasserstoff heizen: Der Transport des sehr flüchtigen und extrem leichten Gases Wasserstoff sei nicht ganz einfach. Klassische Erdgas-Pipelines seien demnach nicht dicht genug, sodass über lange Distanzen große Mengen des Gases verloren gingen. Werde der Wasserstoff dem Erdgas beigemischt, was die Verluste reduziere, ließe er sich später bei Bedarf allerdings kaum mehr trennen.

Druckwasserstoff-Pipelines, so schätzt n-tv, dürften erst im kommenden Jahrzehnt verfügbar werden. Das Wasserstoffgas an den deutschen Wasserstofftankstellen komme daher aktuell meist per Lkw. Das sei wenig effizient und funktioniere nur für relativ geringe Mengen. Eine nennenswerte Flotte von Brennstoffzellenautos lasse sich so also eher nicht betanken.

Wie geht das: mit Wasserstoff heizen?

Der bei der Elektrolyse entstandene Wasserstoff lässt sich mit einer Wasserstoffheizung auch zum Beheizen von Gebäuden oder zur Bereitstellung von warmen Wasser nutzen. So gibt es heute schon spezielle Gasthermen, sogenannte KAT-Heizgeräte, und Sandheizungen. Allerdings sind diese eher noch im experimentellen Einsatz, da Wasserstoffgas nicht ganz ungefährlich ist.

Erprobt und sicher sind dagegen Brennstoffzellen, die Strom und Wärme erzeugen.

Grafik: Doreen Brumme