Eine Wasserstoffwirtschaft kann nur dann entstehen, wenn gleichzeitig die entsprechende Infrastruktur aufgebaut wird. Es braucht Transport- und Speichertechnologien, die sowohl für den Wasserstoff selbst als auch für einige seiner Folgeprodukte entwickelt und hochskaliert werden müssen.

Die Herausforderung in der Infrastruktur ist die geringe volumetrische Dichte des Wasserstoffs, zudem seine hohe Diffusivität und seine Eigenschaft, bestimmte Stähle anzugreifen. Üblicherweise wird gasförmiger Wasserstoff für die Speicherung komprimiert, z. B. auf 350 oder 700 bar, oder sogar verflüssigt, um die volumetrische Energiedichte zu erhöhen. Beides erfordert Energie und aufwändige Tanks. Eine weitere Methode, Wasserstoff transportfreundlicher zu machen ist die Bindung an flüssige Trägermaterialen LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers), an die er gebunden und im Anschluss wieder freigesetzt und zurückgewonnen wird. Damit ist ein druckloser Transport in Flüssigkeitstanks möglich, wie sie schon heute für fossile Energieträger verwendet werden.

Zudem kann Wasserstoff transportiert werden, wenn er in Folgeprodukte umgewandelt wird, etwa in Ammoniak oder Methanol. Nach dem Transport lässt sich der Wassersoff durch Reformierung zurückgewinnen. Alternativ kann Ammoniak als essenzieller Grundstoff – beispielsweise in der Düngemittelherstellung – direkt genutzt werden.

Power-to-X (kurz: PtX oder auch P2X) steht für die Erzeugung von Stoffen mit erneuerbarer elektrischer Energie. An erster Stelle steht hier die Elektrolyse mit X gleich Wasserstoff, aber das ist nur der Startpunkt. Aus Wasserstoff lassen sich organische Moleküle herstellen: Die bekanntesten Kandidaten sind Methanol und seine Folgeprodukte (Methanol-to-Gasoline), Methan sowie flüssige Kohlenwasserstoffe durch Fischer-Tropsch-Synthese. Sie lassen sich in der Chemie- und Prozessindustrie als Plattformmoleküle verwenden oder als klimaneutrale Kraftstoffe einsetzen, vor allem in Anwendungen, die nicht auf dem Weg der direkten Elektrifizierung defossilisierbar sind (z. B. Seeschifffahrt, Flugzeuge). Um organische Grundstoffe via PtX, also mit grünem Wasserstoff, herzustellen, braucht es Kohlenstoff. Heute stammt der Großteil des Kohlenstoffs aus fossilen Grundstoffen. Dieser muss ersetzt werden durch Kohlenstoff aus anderer Quelle. Als perfekte Lösung läge die Gewinnung von atmosphärischem CO2 via Direct Air Capture (DAC) auf der Hand, aber die CO2-Konzentration in der Luft ist gering. Entsprechend ist DAC aufwändig und teuer. Eine weitere, pragmatische Möglichkeit ist die Gewinnung von CO2 aus Punktquellen von sogenannten Must-Run-Anlagen, z. B. Zementherstellung und Müllverbrennung, so dass hier eine Emission vermieden wird. Auch biogene Kohlenstoffquellen oder Recycling von Altkunststoffen können zur CO2-Gewinnung für die PtX-Synthese genutzt werden.

Insgesamt stehen auf dem Weg zu einer Wasserstoffwirtschaft große Veränderungen bevor und substanziell neue Prozesse müssen entwickelt und implementiert werden. Die Transformation der Industrie hin zur Klimaneutralität wird mit hohen Kosten verbunden sein. Für die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und Wertschöpfungsketten sind daher auch die rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen für Wasserstoff und PtX-Produkte besonders wichtig. Und nicht zuletzt kommt es auch auf die öffentliche Akzeptanz an. Eine erfolgreiche Energiewende erfordert einen ganzheitlichen und integrierten Ansatz, der technologische, wirtschaftliche, soziale und ökologische Überlegungen miteinander verbindet.

In welche Folgeprodukte kann Wasserstoff umgewandelt werden, um transportiert werden zu können?

Welche Bereiche kann man direkt elektrifizieren (mit Strom betreiben) und braucht deswegen keine Power-to-X- Technologien, die Stoffe mit erneuerbarer elektrischer Energie herstellen?