Wasserstofferzeugung: Wie funktioniert das?
Was braucht man, um Wasserstoff herzustellen und wie gelingt es? Wir zeigen Ihnen die gängigsten Verfahren zur Wasserstofferzeugung.
Wo kommt Wasserstoff vor?
Wasserstoff ist Bestandteil von nahezu allen organischen Verbindungen. Er gilt als das in unserem Universum häufigste chemische Element. Allerdings kommt er nicht allein, sondern in der Natur nur in gebundener Form vor, zum Beispiel als Wasser – chemisch betrachtet eine Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindung. Auch Erdgas enthält viel Wasserstoff.
Verfahren zur Wasserstofferzeugung
Im Grunde genommen wird Wasserstoff also nicht erzeugt, sondern liegt bereits in gebundener Form vor. Die Wasserstofferzeugung dreht sich also um die Abspaltung des Wasserstoffs von der jeweiligen wasserstoffhaltigen Verbindung. Je nach Trägerstoff variieren deshalb auch die Verfahren.
Mit Dampfreformierung Wasserstoff erzeugen
Den aktuell größten Anteil an der Wasserstofferzeugung hat die Dampfreformierung. Meist dient das Methan des Erdgases als Brennstoff. Bei dieser Art der Dampfreformierung reagiert Wasserdampf mit Methan zunächst zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Um den Ertrag zu steigern und somit den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird im zweiten Schritt – einer sogenannten Wassergas-Shift-Reaktion – das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert. Zwar ist dieses Verfahren das kostengünstigste zur Wasserstofferzeugung, doch bei der Dampfreformierung entsteht eben nicht nur reiner Wasserstoff, sondern auch eine große Menge Kohlenstoffdioxid.
Power-to-Gas: Wasserstoff per Elektrolyse erzeugen
Ein weiteres Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die Elektrolyse. Dabei wird Wasserstoff durch den Einsatz von elektrischem Strom von der Wasserstoffverbindung abgespaltet. Wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt, kann Wasserstoff auf diese Weise innovativ erzeugt werden. Denn bei den verschiedenen Elektrolyse-Verfahren lässt sich das entstandene Kohlenstoffdioxid weiternutzen, um ein Synthesegas herzustellen, das später als Kohlenstoffquelle für unterschiedlichste Produkte genutzt werden kann.
Methan-Pyrolyse zur Wasserstofferzeugung
Aus Erdgas und Biomasse lässt sich auch mithilfe der Methan-Pyrolyse Wasserstoff erzeugen. Dabei fließt das im Trägerstoff enthaltene Methan in einen auf mehr als 1.000 Grad Celsius erhitzten Reaktor-Behälter, der flüssige Salze oder Plasma enthält. Im Inneren findet die Abspaltung statt, sodass gasförmiger Wasserstoff und fester Kohlenstoff entstehen. Damit der Prozess auch effizient ist, wird der Strom zum Betreiben der Anlage aus regenerativen Energien bezogen. Der feste Kohlenstoff kann – ähnlich zur Elektrolyse – vielfältig weiterverwendet werden, etwa im Straßenbau oder als Graphitersatz für Batteriematerialien.
Grün, Grau, Türkis und Co.: Was bedeuten die Wasserstoff-Farben?
Wasserstoff wird mit vielen Farben beschrieben. Was hat das zu bedeuten? Wir verraten, was sich hinter den gängigsten Wasserstoff-Farben verbirgt.
Grüner Wasserstoff
Wasserstoff wird als grün bezeichnet, wenn er durch Elektrolyse von Wasser erzeugt wird und der dafür benötigte Strom aus erneuerbaren Energien stammt. Die Bezeichnung beschreibt die Art der Herstellung des Wasserstoffs. Wasserstoff gilt nur dann als grün, wenn die Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen betrieben wird.
Grauer Wasserstoff
Grauer Wasserstoff wird in der Regel aus Erdgas durch Dampfreformierung hergestellt. Bei diesem Verfahren werden fossile Energieträger eingesetzt. Zudem entsteht im Herstellungsprozess Kohlendioxid (CO₂), das in die Atmosphäre abgegeben wird.
Blauer Wasserstoff
Blauer Wasserstoff wird beinahe genauso erzeugt wie grauer Wasserstoff – mit einem wichtigen Unterschied. Anstatt das Kohlenstoffdioxid in die Umwelt abzugeben, wird es gespeichert oder weitergenutzt. Sogenannte Carbon-Capture-and-Storage-Anlagen (CCS) können CO2 unterirdisch speichern.
Türkiser Wasserstoff
Wird Wasserstoff durch Methan-Pyrolyse hergestellt, spricht man von türkisem Wasserstoff. Bei diesem Verfahren wird Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff aufgespalten. Im Unterschied zu anderen Herstellungsverfahren entsteht dabei fester Kohlenstoff als Nebenprodukt. Die Bewertung des Verfahrens hängt unter anderem von der Energiequelle für den Herstellungsprozess sowie von der Nutzung oder Speicherung des entstehenden Kohlenstoffs ab.