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Wasserstoff: Der Energieträger der Zukunft?

Frau mit Tropfen und Natur

Wasserstoff ist das einfachste Element und der am häufigsten vorkommende Stoff im Universum. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht Energie in Form von Wärme, wobei Wasser als Nebenprodukt anfällt, ohne dabei die Umwelt zu belasten. Im folgenden Artikel erfahren Sie mehr über das Thema Wasserstoff: alles rund um die Herstellung von Wasserstoff, die Unterscheidung zwischen grünem & blauem Wasserstoff und über die Zukunft von Wasserstoff in der Energiewirtschaft.


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Was ist Wasserstoff?

Das Wasserstoffatom ist das am häufigsten vorkommende, leichteste und einfachste Element im Universum. Der lateinische Name für Wasserstoff ist Hydrogenium. Wasserstoff ist das erste Element im Periodensystem und hat das chemische Symbol H. Das Wasserstoffatom enthält ein Proton im Kern, um das sich ein Elektron bewegt.

Wasserstoff ist ein Molekül (H₂), das aus zwei Wasserstoffatomen (H) besteht. Wasserstoff kommt auf der Erde in großer Menge vor, aber er geht immer Bindungen mit anderen Atomen ein.

Wasserstoff ist eine ungiftige, farblose, geschmacklose und geruchlose Substanz. Unter normalen Umständen, z.B. bei Raumtemperatur und unter normalen Druckverhältnissen, ist Wasserstoff ein Gas. Wenn Wasserstoff auf -253 °C abgekühlt wird, wird er flüssig.

Neben der Abkühlung kann man Wasserstoff auch unter Druck setzen. Durch die Erhöhung des Drucks steigt die Dichte und damit die Energiemenge pro Masse (m³). Bei Raumtemperatur und 1 bar beträgt die Dichte etwa 0,09 kg/m³; bei 200 bar steigt die Dichte auf etwa 16 kg/m³.

Wie kann man Wasserstoff herstellen?

Mann mit zerzausten Haaren und Brille

Wasserstoff herstellen kann mit einer Reihe verschiedener Verfahren:

  1. Thermochemische Verfahren nutzen Wärme und chemische Reaktionen, um Wasserstoff aus organischen Materialien wie fossilen Brennstoffen und Biomasse oder aus Materialien wie Wasser freizusetzen.
  2. Wasser (H2O) kann auch durch Elektrolyse oder Sonnenenergie in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten werden.
  3. Mikroorganismen wie Bakterien und Algen können durch biologische Prozesse Wasserstoff herstellen.

Thermochemische Prozesse zur Herstellung von Wasserstoff

Einige thermische Verfahren nutzen die Energie verschiedener Ressourcen wie Erdgas, Kohle oder Biomasse, um Wasserstoff aus ihrer Molekularstruktur freizusetzen. Bei anderen Verfahren wird durch Wärme in Kombination mit geschlossenen chemischen Kreisläufen Wasserstoff aus Rohstoffen wie Wasser erzeugt.

Wasserstoff Elektrolyse und solare Wasserspaltungsprozesse

Elektrolyseure nutzen Strom, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Diese Wasserstoff Elektrolyse Technologie ist gut entwickelt und kommerziell verfügbar. Es werden Systeme entwickelt, die intermittierende erneuerbare Energie zur Herstellung von Wasserstoff in Zukunft effizient nutzen können.

Direkte solare Wasserspaltung oder photolytische Verfahren, welche Lichtenergie zur Aufspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff nutzen, befinden sich hingegen noch in einem frühen Forschungsstadium. Sie bieten jedoch ebenfalls ein langfristiges Potenzial für eine nachhaltige Wasserstoffproduktion mit geringen Umweltauswirkungen .

Wasserstoff herstellen mit biologischen Prozessen

Biologische Prozesse sind einer weitere Form um Wasserstoff herzustellen. Mikroben wie Bakterien und Mikroalgen können durch biologische Reaktionen unter Verwendung von Sonnenlicht oder organischem Material Wasserstoff erzeugen. Diese Technologien befinden sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase und werden in Pilotprojekten erprobt, haben aber langfristig das Potenzial für eine nachhaltige, kohlenstoffarme Wasserstofferzeugung.

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Wasserstoff Zukunft: Ist Wasserstoff der Energieträger der Zukunft?

Weltkugel in Hand

Wasserstoff hat das Potenzial, in Zukunft Stromerzeugung, Verkehr und Wärme zu dekarbonisieren. Denn bei der Herstellung durch die Wasserstoff Elektrolyse - der Aufspaltung von Wasser (H₂O) in Wasserstoff und Sauerstoff mithilfe von Strom - entstehen keine Schadstoffe.

Einmal hergestellt, könnte Wasserstoff auch als kurz- und langfristiger Energiespeicher dienen. Überschüssige erneuerbare Energien, die z.B. durch nächtlichen Wind erzeugt werden, könnten nutzbar gemacht werden, indem der hergestellte Wasserstoff in Salzkavernen oder Hochdrucktanks gespeichert würde. Damit könnte Angebot und Nachfrage besser ausgeglichen werden!

Aufgrund der vielversprechenden Wasserstoff Zukunft hat die Bundesregierung am 10. Juni 2020 die Nationale Wasserstoffstrategie beschlossen:

  1. Berlin plant 9 Milliarden € für den Zugang zur Wasserstoffwirtschaft – für Forschung und Entwicklung, Infrastrukturaufbau und internationale Zusammenarbeit für Wasserstoff in der Zukunft.
  2. Bis 2030 möchte Deutschland über eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von 5 GW verfügen. Das entspricht der Leistung von drei mittelgroßen Kernkraftwerken.
  3. Zehn Jahre später soll sich die Produktion verdoppeln.

CO2-freier, grüner Wasserstoff

Frau mit grünem Globus

Von grünem Wasserstoff spricht man, wenn die für die Wasserstoff Elektrolyse verwendete Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Wasser oder Sonne stammt. Insofern ist grüner Wasserstoff ein wichtiger Baustein der Energiewende, denn: Langfristig kann die Verwendung von grünem Wasserstoff die CO2-Emissionen noch weiter reduzieren!

  • In Industrien mit hohen CO2-Emissionen, die derzeit viel Kohle verbrauchen und in denen die Elektrifizierung schwierig ist, wie Eisen, Stahl und Zement
  • Im Verkehrswesen durch Lkw und Pkw mit Wasserstoff-Brennstoffzellen und in der Schifffahrt und Luftfahrt durch Kraftstoffe auf Wasserstoffbasis

Außerdem kann grüner Wasserstoff zur Speicherung und zum Transport erneuerbarer Energien genutzt werden, womit die Erreichung einer 24/7-Versorgung mit erneuerbaren Energien auch an Orten ohne reiche erneuerbare Ressourcen unterstützen werden kann. Anbei alle Vor- und Nachteile von grünem Wasserstoff zusammengefasst.

Grüner Wasserstoff: Vor- und Nachteile
Vorteile Nachteile
  • Grüner Wasserstoff ist 100 % nachhaltig
  • Wasserstoff ist speicherbar!
  • Grüner Wasserstoff ist vielseitig einsetzbar!
  • Transportierbar: Grüner Wasserstoff kann mit Erdgas gemischt und durch dieselben Gasleitungen und Infrastrukturen transportiert werden!
  • Energie aus erneuerbaren Quellen, die der Schlüssel zur Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse ist, ist teuer!
  • Hoher Energieverbrauch durch die Herstellung!
  • Wasserstoff ist ein sehr flüchtiges und entflammbares Element, weshalb es sehr explosiv sein kann!

Klimaneutraler, blauer Wasserstoff

Blauer Wasserstoff ist Wasserstoff, der aus Erdgas durch Methandampfreformierung gewonnen wird, bei der Erdgas mit sehr heißem Dampf und einem Katalysator gemischt wird.

Auch blauer Wasserstoff ist umweltfreundlich, denn das entstandene CO2 wird während des Produktionsprozesses abgetrennt und sicher gespeichert, zum Beispiel in erschöpften Gas- oder Ölfeldern. Dieses Verfahren wird als Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet und verhindert, dass CO2 in die Erdatmosphäre gelangt - und wenn, dann nur in geringen Mengen.

Im Gegensatz zu blauem Wasserstoff ist grauer Wasserstoff nicht emissionsarm und nicht klimaneutral, denn das bei der Herstellung des Wasserstoffes produzierte CO2 wird in die Atmosphäre abgegeben.

Das Wasserstoff Auto in der Automobil-Industrie

Für eine wirklich nachhaltige Mobilität ist Wasserstoff ein nicht zu vernachlässigender Kraftstoff. Er gilt auch als potenzielle Alternative für die Betankung von Lkw, bei denen die Batteriekapazität und das Aufladen über das Stromnetz ein Hindernis darstellen. Der größte Nachteil ist jedoch, dass die Entwicklung einer vollständigen Wasserstoffbetankungsinfrastruktur Milliarden kostet und mehrere Jahre in Anspruch nehmen wird.

Wie funktioniert die Wasserstoff Heizung?

Da das Umweltbewusstsein weltweit zunimmt, suchen die Menschen nach Methoden zur Verringerung der häuslichen Emissionen. Wohngebäude sind für einen großen Teil der Luftverschmutzung verantwortlich und tragen zur Verschlechterung der Atmosphäre bei. Wasserstoff in Heizungen könnte in Zukunft eine Schlüsselrolle bestehender Häuser spielen und gleichzeitig die Kohlenstoffemissionen von Erdgaskesseln senken, denn beim Heizen mit Wasserstoff in einem Brennkessel fällt nur Wasser an.

Es gibt viele Möglichkeiten, gasförmigen Wasserstoff herzustellen, wie zum Beispiel die Wasserstoff Elektrolyse von Wasser oder die Zersetzung von Erdgas. Auch die Industrie nutzt verschiedene Herstellungsverfahren zur Erzeugung von Wasserstoff. Inwieweit die Wasserstoffherstellung an sich umweltschonend oder klimaschädlich ist, hängt vom gewählten Verfahren ab.

Vor- und Nachteile der Wasserstoff Heizung
Vorteile Nachteile
  • Geringe Geräuschkulisse
  • Keine Schadstoffemissionen bei der Verbrennung
  • Relativ geringer Platzbedarf
  • Beim Einsatz einer Brennstoffzelle wird sowohl Wärme als auch Strom erzeugt!
  • Überschüssiger Strom aus Brennstoffzellen kann verkauft werden
  • Erdgas und Biogas können zur Herstellung von Wasserstoff verwendet werden
  • Die Wasserstoff Heizung verursacht hohe Anschaffungskosten.
  • Für Privathaushalte ohne Gasanschluss derzeit nicht praktikabel!
  • Die reine Wasserstoff-Heiztechnik steht noch in den Anfängen.
  • Erdgasnetze müssen sich an den Transport von Wasserstoff anpassen
  • Unmodifizierte gewöhnliche Heizkessel sind nicht für Wasserstoff geeignet
Aktualisiert am