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© Shutterstock / petrmalinak

Erzeugung von Wasserstoff

Da Wasserstoff in der Natur nicht in reiner Form vorkommt, muss er erst erzeugt werden. Konkret bedeutet dies, dass eine chemische Verbindung mit Wasserstoff (z.B. Wasser) gespalten werden muss, um reinen Wasserstoff zu erhalten. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten.

 

Klimafreundlicher oder emissionsarmer Wasserstoff wird auch als grüner Wasserstoff bezeichnet. Der Bereich Farbenlehre im Wasserstoff-FAQ erklärt, wieso in der Bezeichnung von Wasserstoff häufig verschiedene Farben unterschieden werden. Grüner Wasserstoff wird mittels Elektrolyse hergestellt.

Elektrolyse, oder auch Wasserelektrolyse, nennt man die Aufspaltung von Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2). Für diesen Prozess wird Energie in Form von Strom benötigt. Wird für die Elektrolyse von Wasserstoff klimaneutral erzeugter Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne verwendet, spricht man von grünem Wasserstoff.

Bei der Elektrolyse wird Strom durch das Wasser (den Elektrolyten) geleitet. Dabei wird das Wasser durch die Zuführung von elektrischem Strim in seine Bestandteile getrennt. An der einen Elektrode, der negativ geladenen Kathode, sammelt sich dann der Wasserstoff, an der anderen Elektrode, der positiv geladenen Anode, sammelt sich der Sauerstoff.

Das Elektrolyse-Verfahren zählt zu den Power-to-Gas-Verfahren. Dieses zählt zu den Power-to-X-Technologien (PtX-Technologien), bei denen elektrischer Strom benutzt wird, um andere Energieträger zu erzeugen. Dazu werden neben Power-to-Gas, bei denen Gase erzeugt werden auch die Erzeugung flüssiger Energieträger (PtL oder auch P2L: Power-to-Liquid) sowie die Herstellung von Wärme (PtH/ P2H: Power-to-Heat) gezählt.

 

Allgemein wird zwischen folgenden Elektrolyseverfahren unterschieden:

  • Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse oder Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse (PEM)
  • Alkalische Elektrolyse (AEL)
  • Hochtemperaturelektrolyse (HTEL)
  • Kapillarelektrolyse

 

Weitere Verfahren der Wasserstoff-Herstellung gelten nicht als emissionsarm, da vor oder während des Erzeugungsprozesses CO2 oder andere potenziell umweltschädliche Stoffe freigesetzt werden. Die gängisten Verfahren sind die Dampfreformierung sowie die Methanpyrolyse.

Die Dampfreformierung ist ein Verfahren zur Wasserstofferzeugung auf Basis von Erdgas, Biomasse oder anderen langkettigen Kohlenwasserstoffen. In der Regel wird Erdgas als Ausgangsstoff verwendet, welches zu einem großen Anteil aus Methan (CH4) besteht.

In einem mehrstufigen Prozess wird der Ausgangsstoff mithilfe von Wasserdampf an einem Katalysator in Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt.

Das anfallende CO2 wird entweder als Emission an die Umgebung abgegeben oder kann abgetrennt und weiterwendet werden. Man unterscheidet dabei zwischen Carbon Capture and Storage (CCS) und Carbon Capture and Usage (CCU).

Der Wasserstoff aus Dampfreformierung von Erdgas wird als grauer Wasserstoff bezeichnet. Wenn das entstandene CO2 anschließend mittels CCS gespeichert wird, wird der Wasserstoff als blau bezeichnet.

 

Der Prozess der Methanpyrolyse beschreibt die thermische Spaltung von Erdgas in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C). Dies geschieht in einem Hochtemperaturreaktor. Im Gegensatz zur Verbrennung wird beim Prozess der Pyrolyse kein Sauerstoff (O2) zugeführt oder freigesetzt, daher wird auch kein Kohlenstoffdioxid (CO2) gebildet und emittiert. Als Nebenprodukt der Reaktion entsteht fester Kohlenstoff.

Diese Technologie befindet sich derzeit noch im Entwicklungsstadium.

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