In Anbetracht der Zielsetzung, die Treibhausgasemissionen drastisch zu reduzieren sowie die globale Erderwärmung auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen, gibt es keine Alternative zur globalen Energiewende, die mit allen zur Verfügung stehenden Kräften aus Forschung, Wirtschaft und Politik weiter vorangetrieben werden muss. In der EU etwa sollen bis 2050 die jährlichen Treibhausgas-Emissionen im Vergleich zu 1990 um 80 Prozent bis hin zur Klimaneutralität sinken. Vergleichbare Ziele werden rund um den Globus verfolgt: so will zum Beispiel auch Japan seine Emissionen bis 2050 um 80 Prozent vermindern.

Erneuerbare Energien gewinnen daher in der Energieversorgung an Bedeutung. Die Tatsache, dass diese Technologien wetterabhängig sind und die Energieerzeugung damit weniger planbar ist, generiert jedoch gänzlich neue Implikationen für das Gesamtsystem. Statt einer abrufbaren Erzeugung, die den Lasten folgt, steht Energie nun volatil zur Verfügung und muss räumlich und zeitlich in Einklang mit dem Bedarf der Verbraucher gebracht werden.

Wasserstoff: Potenzial als Bindeglied der Sektorenkopplung

Ein Lösungsansatz ist die Kopplung der bisher getrennten Sektoren Wärme, Verkehr und Industrieprozesse. Wo immer es möglich ist, ist eine direkte Stromnutzung für Sektoren, die heute klassischerweise nicht mit elektrischer Energie versorgt werden, der vorteilhafteste Weg. Dies ist in der Wandlung am effizientesten und verspricht minimale Verluste. Klassische Beispiele, die in diesem Zusammenhang häufig angeführt werden, sind die Nutzung von Wärmepumpen oder der Ausbau der Elektromobilität auf Basis von Batteriesystemen im Individualverkehr.

Allerdings gibt es viele Anwendungen, bei denen eine direkte Stromnutzung nicht möglich ist. Wasserstoff als chemischer Energieträger, der mittels Elektrolyse aus erneuerbarem Strom hergestellt wird, stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, erneuerbare Energien zu speichern und in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zu nutzen. Durch das Erdgasnetz besteht bereits eine geeignete Infrastruktur mit hoher Speicherkapazität. Zudem lässt sich Wasserstoff nahezu verlustfrei langfristig lagern und einfach transportieren: Strom, der im Herbst beispielsweise durch Windkraft im Norden generiert wird, kann mittels Wasserstoffspeicherung Monate später im Süden Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden. An Stellen, an denen heute begrenzte Netzkapazitäten den Ausbau der erneuerbaren Energien hemmen, kann Wasserstoff folglich in Zukunft eine mögliche Lösung sein.

»Die elektrolytische Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbarem Strom wird zu einer Schlüsseltechnologie«, betont Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Sprecher der Fraunhofer-Allianz Energie und Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. »Einerseits können damit große Mengen ansonsten nicht nutzbaren erneuerbaren Stroms einer sinnvollen Nutzung zugeführt werden. Andererseits kann Wasserstoff in verschiedensten Anwendungsfeldern als Endenergie genutzt werden oder weiter konvertiert werden in chemische, synthetische Energieträger und Chemierohstoffe«.

Im Kontext der Sektorenkopplung kann die Wasserstoffelektrolyse somit als Bindeglied zwischen dem Direktstrommarkt und den Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie fungieren. Wasserstoff bietet die Möglichkeit, in KWK-Anlagen rückverstromt zu werden. Er kann die Mobilität klimafreundlicher machen, indem Busse, Züge und Autos mittels Brennstoffzellen auch auf langen Strecken nahezu emissionsfrei fahren. In der Industrie können beispielsweise Prozesse in Raffinerien oder der Stahlerzeugung emissionsfrei betrieben werden – die Potenziale sind vielfältig.

Berliner Energietage: Experten der Fraunhofer-Allianz Energie und Industriepartner diskutieren Potenziale und Herausforderungen

Unter dem Titel »Wasserstoff – Energieträger der Zukunft?« diskutieren Institute der Fraunhofer-Allianz Energie gemeinsam mit Partnern aus der Industrie im Rahmen der Berliner Energietage am 20. Mai 2019 Potenziale und Herausforderungen für den Einsatz von Wasserstoff im zukünftigen Energiesystem.