Wasserstoff – farblos, aber bunt.

Grauer, blauer oder grüner Wasserstoff? Fest steht: Wasserstoff ist eigentlich ein farbloses Gas, trotzdem gibt es viele bunte Namen für den Energieträger. Dahinter steckt ein Verweis auf das Herstellungsverfahren und die im Prozess verwendete Energie, die das begehrte H₂ Molekül nachhaltig macht.

Der Energieträger von Morgen

In der aktuellen Diskussion gilt Wasserstoff als der Energieträger der Zukunft. Das liegt vor allem an seinem vielfältigen Einsatzpotential: Von der Mobilität über die Wärmeversorgung bis hin zur klassischen Industrie kann Wasserstoff als effiziente Alternative zu fossilen Rohstoffen dienen. Er kann Brennöfen der Zement- und Stahlindustrie beheizen, industrielle Abgase zu Dünger, Kunst- und Kraftstoffe synthetisieren und dient als Basis für weitere wichtige Rohstoffe in der Chemieindustrie.

Besonders in der Stahlindustrie – eine der CO₂-intensivsten Branchen – kann Wasserstoff viel bewegen, da in den Hochöfen zur Roheisenerzeugung traditionell Kohlenstoff genutzt wird. Dieser liefert einerseits die notwendige Energie, um die Eisenerze aufzuschmelzen und dient andererseits als Reduktionsmittel, d. h. er bindet den Sauerstoff der Eisenerze, wodurch reines Eisen entsteht. Im Hochofenprozess entstehen so aktuell 85% der CO₂-Emissionen des gesamten Stahlerzeugungsprozesses . Die Stahlindustrie mithilfe von Wasserstoff zu dekarbonisieren ist also eine riesige Chance für eine klimafreundlichere Zukunft.

Montage einer Elektrolyseanlage — Das Potential von Wasserstoff für die Nutzung in der Industrie hängt vor allem von seiner Herstellung ab. Durch die Herstellung auf Basis von erneuerbaren Energien hat grüner Wasserstoff die beste CO₂-Bilanz.

Wie groß dieser Hebel und das CO₂-Einsparpotential in der Industrie sind, hängt aber maßgeblich von der Herstellung des genutzten Wasserstoffs ab.

Von Grau bis Grün: Auf die Herstellung kommt es an.

Grauer Wasserstoff: Aktuell wird Wasserstoff hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen erzeugt – genauer: aus Erdgas. Praktisch bedeutet das, dass unter Hitze Wasserstoff und Kohlendioxid gespalten werden. Nach diesem Prozess wird das Kohlendioxid (CO₂) ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben. Diesen Wasserstoff nennt man grauen Wasserstoff. Bei der Produktion einer Tonne grauen Wasserstoffs entstehen rund zehn Tonnen CO₂. Zum Vergleich: Das ist etwa so viel CO₂wie eine in Deutschland lebende Person im Durchschnitt pro Jahr oder ein Berufspendler mit einem Arbeitsweg von 40km und einem mittelgroßen Benziner über einen Zeitraum von sechs Jahren verursacht.

Blauer Wasserstoff: Auch der sogenannte blaue Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen hergestellt. Allerdings wird das erzeugte CO₂ abgefangen, gespeichert oder genutzt. Daher kann blauer Wasserstoff mittelfristig ein erster Hebel zur Reduzierung von CO₂-Emissionen sein, ist aber aufgrund der negativen Umweltbilanz von fossilen Brennstoffen keine langfristige Lösung für eine grünere Industrie. Entscheidend ist dabei die langfristige Nutzung der Materialien oder Speicherung.

Grüner Wasserstoff: Die Wasserelektrolyse spaltet mithilfe von Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Kommt während dieses Prozesses nur Energie aus 100 % erneuerbaren Quellen zum Einsatz, spricht man von grünem Wasserstoff. Dieser Prozess ist vollkommen frei von CO₂Emissionen. Denn unabhängig davon, welche spezifische Elektrolysetechnologie zum Einsatz kommt, entsteht bei der Elektrolyse gar kein CO₂. Daher gilt grüner Wasserstoff als der Energieträger der Zukunft und wichtiger Wegbereiter für eine nachhaltige und CO₂ freie Industrie.

Die Chancen von blauem Wasserstoff

Für das Erreichen der UN Klimaziele ist der Umstieg auf grünen Wasserstoff in der Stahlproduktion langfristig essenziell. Denn vollständig mit grünem Wasserstoff betriebene Anlagen können allein in der Stahlindustrie mehrere Millionen Tonnen CO₂ einsparen. Doch aktuell reichen die verfügbaren Mengen erneuerbarer Energie noch nicht aus, um den konstant steigenden Wasserstoffbedarf aller Industrien zu decken. Allein das thyssenkrupp Steel Stahlwerk in Duisburg wird langfristig rund 720.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr benötigen. Das sind ganze 247 Millionen mit Wasserstoff gefüllte LKWs im Jahr! Daher ist eine wichtige Transportform von Wasserstoff Ammoniak. Dieser kann in Tankschiffen kostengünstig transportiert werden. Der Ammoniak wird dann Vorort in Wasserstoff und Stickstoff gespalten. Mit Hilfe von Ammoniak wird sich ein weltweiter Markt von low Carbon Wasserstoff etablieren.

Bevor die Energiewende geschafft ist und ausreichend Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht, ist zur Vermeidung von CO₂-Emissionen mittelfristig auch der Einsatz von blauem Wasserstoff notwendig. Denn auch in blauem Wasserstoff steckt viel Potenzial. Durch die Nutzung von blauem Wasserstoff kann thyssenkrupp Steel in Duisburg bereits 20 Millionen Tonnen CO₂-Emissionen jährlich einsparen.

Wasserstoffeinsatz bei thyssenkrupp Steel Duisburg — Seit November 2019 testet thyssenkrupp Steel in Duisburg den Einsatz von Wasserstoff im laufenden Hochofenbetrieb.

Gemeinsam zur grünen Transformation

Ammoniakanlage — Aufgrund seiner höheren Dichte und der bereits bestehenden Infrastruktur, eignet sich Ammoniak besonders gut für den Transport von Wasserstoff und gilt als wichtigster Wegbereiter für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft.

Unser Ziel ist klar: bis 2045 soll thyssenkrupp vollständig klimaneutral sein. Ein erster Schritt in diese Richtung ist das Direktreduktionsverfahren, bei dem die Eisenerze durch Wasserstoff reduziert werden. So entstehen bei der Roheisenproduktion selbst keine CO₂-Emissionen.

Die entscheidenden Weichen für die grüne Transformation – auch über die Stahlproduktion hinaus – stellen die Kolleg:innen von thyssenkrupp nucera und thyssenkrupp Uhde. Als einer von wenigen Anbietern weltweit bietet thyssenkrupp nucera schon heute Technologien zur Produktion von grünem Wasserstoff im Gigamaßstab an. thyssenkrupp Uhde sorgt mit den passenden Anlagen für die Ammoniaksynthese und -cracking, sowie Speichertanken für die notwendige Infrastruktur, um den begehrten Wasserstoff auch verlustarm über weite Strecken zu transportieren.

Blau oder grün? Fest steht, in den nächsten Jahren wird CO₂ neutraler Wasserstoff immer wichtiger, vor allem in der Industrie. Mit unseren verschiedenen Kompetenzen und Perspektiven für nachhaltige Wertschöpfungsketten und einem bunten Mix an klimafreundlichen Lösungen, sind wir bei thyssenkrupp schon mitten drin in der grünen Transformation.