Wieviel CO2 steckt in der Wasserstoffbereitstellung?

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, doch der Energiebedarf zur Herstellung ist hoch. Werden hierfür fossile Energiequellen verwendet, schmälern CO₂-Emissionen die
Klimabilanz. Als nachhaltig gilt die Produktion von grünem Wasserstoff durch Wasser-
elektrolyse mithilfe erneuerbarer elektrischer Energie. Doch wie groß ist der Beitrag von Wasserstoff zum Klimaschutz? Die Bewertung der Nachhaltigkeit ist mit verschiedenen
Methoden und Annahmen möglich und führt zu unterschiedlichen Ergebnissen.

Emissionsarme Wasserelektrolyse mit grünem Strom

Aktuell basiert praktisch die gesamte weltweite Wasserstoffproduktion auf fossilen Energie-
trägern, hauptsächlich auf Dampfreformierung von Erdgas und Kohlevergasung. Das verursacht hohe CO₂-Emissionen. Der Anteil an emissionsarmer Wasserstoffherstellung durch Wasser-
elektrolyse war in den vergangenen drei Jahren geringer als ein Prozent der gesamten
Produktionsmenge. Allerdings steigt die Produktion von grünem Wasserstoff weltweit an und kann somit zum Klimaschutz beitragen. Die Nachhaltigkeitsbewertung der Elektrolyse hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab. Wie ist der Stand der Wissenschaft?

Verschiedene Technologien und Berechnungsmodelle

Die mit der weltweiten Wasserstoffproduktion verbundenen Treibhausgasemissionen erreichten zuletzt mehr als 900 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente (kurz CO2e) pro Jahr. Im globalen Durchschnitt entstehen aktuell rund 10 Kilogramm CO2e pro Kilogramm Wasserstoff. Einzelne Angaben zur CO2e-Bilanz der Wasserstoffproduktion können deutlich von diesem Durchschnitt abweichen. Dies ist zum einen in den unterschiedlichen Technologien begründet, zum anderen im Berechnungsmodell. Die Berechnung einer CO2e-Bilanz unterliegt internationalen Standards (zum Beispiel ISO 14040, ISO 14067). Gleichzeitig können der technische, zeitliche und geografische Bilanzrahmen, Bezugsgrößen und Annahmen in jedem Modell individuell definiert werden. Somit
existieren nebeneinander ganz unterschiedliche Betrachtungen der potenziellen Klimawirkung mit entsprechend abweichenden Ergebnissen.

Prozessenergie maßgeblich für Emissionen

Bei der Berechnung der Treibhausgasemissionen ist die Prozessenergie, die zur Herstellung des Wasserstoffs eingesetzt wird, maßgeblich. Daher bietet die Wasserelektrolyse, wenn sie mit fossil erzeugter elektrischer Energie (zum Beispiel beim aktuellen Strommix in Deutschland) betrieben wird, keinen Vorteil in Bezug auf den Klimaschutz. Werden hingegen die Elektrolyseprozesse zur Erzeugung von grünem Wasserstoff mit 100 Prozent erneuerbarer elektrischer Energie betrieben, können die Emissionen deutlich auf 0,5 bis 3 Kilogramm CO2e pro Kilogramm Wasserstoff gesenkt werden. Gegenstand der aktuellen Methodenentwicklung in der Nachhaltigkeitsbewertung sind eine weitere Vereinheitlichung der Kriterien, größere Transparenz sowie die Integration von Stoffkreisläufen, etwa die Herstellung der Anlagen.

10.06.2024

Kontakt

Forschungseinrichtung:
Prof. Dr.-Ing. Christine Minke
Institut für Aufbereitung, Recycling und Kreislaufwirtschaftssysteme

Technologietransfer:
Bertram Eversmann
Telefon: +49 5323 72-7756
E-Mail: bertram.eversmann@tu-clausthal.de

Prof. Dr.-Ing. Christine Minke (zweite von rechts) entwickelt mit ihrer Arbeitsgruppe Modelle zur Nachhaltigkeits-bewertung von Energietechnologien. Bei der Wasserstoffherstellung gibt es verschiedene Ergebnisse.