Ist Wasserstoff der Brennstoff der Zukunft?

Bereits im Jahr 1870 schrieb der französische Autor Jules Verne „Das Wasser ist die Kohle der Zukunft ...“ Gemeint war damit die zukünftige Energieversorgung der Erde. Heutzutage ist es möglich, Energie aus Wasserstoff zu erzeugen und auch die Entwicklung der Wasserstoff-Heizung für zu Hause ist auf einem guten Weg. Einige Hersteller haben sogar schon Gas-Brennwertthermen im Programm, mit denen es möglich ist, einen Teil der benötigten Energie aus Wasserstoff beizutragen. Wie genau eine Wasserstoff-Heizung funktioniert und welches Potenzial im Wasserstoff steckt, erfahren Sie in diesem Ratgeber.

Was ist Wasserstoff überhaupt?

Um zu verstehen, wie Wasserstoff die Energiewende positiv beeinflussen kann, ist es gut zu wissen, was Wasserstoff überhaupt ist. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas und das kleinste sowie häufigste chemische Element des Universums. Auf dem Periodensystem befindet sich Wasserstoff an erster Stelle und wird mit dem Buchstaben H abgekürzt. Auf unserem Planeten kommt Wasserstoff in vielen bekannten Mineralien vor. Das bekannteste Beispiel ist vermutlich Wasser, denn dort kommt Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff-Atomen als H₂O vor.

Wasserstoff als Energieträger der Zukunft

Wasserstoff ist auf unserem Planeten also reichlich vorhanden, doch warum gilt Wasserstoff als möglicher Energieträger der Zukunft? Neben dem reichlichen Vorkommen ist Wasserstoff ein vielseitig einsetzbarer Energieträger. Grüner Wasserstoff lässt sich klimafreundlich herstellen und soll einen großen Teil zur Energiewende beitragen. Beim Verbrennen von Wasserstoff entstehen keine Emissionen, zur Freisetzung der Energie wird lediglich Sauerstoff benötigt. Aus diesem Grund ist Wasserstoff ein sauberer Brennstoff. Wasser ist das einzige Nebenprodukt, das bei der Herstellung entsteht. Ein weiterer Vorteil von Wasserstoff ist die große Leistungsfähigkeit, denn 1 kg Wasserstoff enthält ca. 2,4-mal so viel Energie wie die vergleichbare Menge Erdgas. Das Potenzial ist also riesig und in industriellen Anwendungen wird Wasserstoff als Energieträger auch schon viele Jahre eingesetzt. Vor allem in Ölraffinerien, der chemischen Industrie und der Eisen- und Stahlerzeugung wird Wasserstoff genutzt.

Wie wird Wasserstoff erzeugt?

Wasserstoff ist auf unserem Planeten zwar ausreichend verfügbar, allerdings nur in gebundener Form. Das bedeutet, Wasserstoff muss von einem wasserstoffreichen Ausgangsstoff abgespalten werden. Die Herstellung ist zeitintensiv, energieintensiv und leider auch nicht günstig. Wasserstoff kann auf verschiedene Art und Weisen gewonnen werden und nicht alle Methoden sind umweltfreundlich. Die unterschiedlichen H2-Produktionsmethoden werden der Einfachheit halber in Farben eingeteilt.

Es gibt verschiedene Wege, um Wasserstoff zu gewinnen und wird je nach Verfahren in grauer, blauer oder grüner Wasserstoff unterschieden. Grauer Wasserstoff wird per Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen, was eine Menge CO₂ freisetzt und somit Umwelt und Klima schadet. Blauer Wasserstoff wird zwar auch aus Erdgas gewonnen, allerdings wird hier das Kohlenstoffdioxid nicht einfach in die Atmosphäre geblasen, sondern abgeschieden und gespeichert. Richtig klimafreundlich wird es erst, wenn von grünem Wasserstoff die Rede ist. Bei diesem Verfahren wird der Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen. Das Wasser wird in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten und wenn dafür ausschließlich regenerativer Strom aus Wind-, Wasserkraft oder Solaranlagen genutzt wird, dann gilt der gewonnene Wasserstoff als grün bzw. CO₂-frei. Es hängt also stark vom Herstellungsverfahren ab, wie umweltfreundlich Wasserstoff wirklich ist. Neben den aufgelisteten Farben gibt es bei der Herstellung auch noch weniger häufige Methoden, die türkisen, gelben, roten oder violetten Wasserstoff erzeugen.

Das Potenzial einer Wasserstoff-Heizung

Wie schon erwähnt läuft die Entwicklung der Wasserstoff-Heizung als Verbrennungsheizung bereits und befindet sich in der Testphase. Wasserstoff als Brennstoff hat riesiges Potenzial, allerdings ist ein entscheidender Faktor, in welchem Ausmaß grüner Wasserstoff wirtschaftlich hergestellt werden kann. Des Weiteren wird es nötig sein, das Wasserstoffnetz auszubauen und die Wasserstoffinfrastruktur auf das Level der heutigen Erdgasversorgung zu bringen. Sollten diese Hürden in der Zukunft gemeistert werden, dann lässt sich aller Voraussicht nach eine Brennwerttherme effizient und wirtschaftlich mit Wasserstoff betreiben.

Vorteile Wasserstoff

Als Energieträger eingesetzt, hat Wasserstoff das Potenzial, die CO₂-Emissionen auf ein Minimum zu senken
Umweltfreundlich: Wasserstoff kann mit erneuerbaren Energien gewonnen werden, so entsteht kein Kohlendioxid. Auf diese „grüne“ Weise ist Wasserstoff komplett emissionsfrei.
Vielseitig: Wasserstoff ist flexibel einsetzbar. Mit H2 kann Strom, Wärme oder Kühlmittel erzeugt werden.
Leistungsfähig: Das Gas verfügt über eine hohe Energiedichte und ist sehr leistungsstark. Kann zur Verbrennung oder zur kalten Verbrennung verwendet werden.
Versorgungssicherheit: Wasserstoff ist quasi unbegrenzt und überall verfügbar. Die Herstellung erfolgt aus vielen bekannten Mineralien und vor allem aus Wasser.

Methode 1 - Verbrennung

Wasserstoff lässt sich wie Erdgas in einer Brennwertheizung verbrennen und in Energie für die Heizung und Warmwasser umwandeln. Die Lagerung in einem Wasserstofftank bei Ihnen Zuhause oder die Einspeisung über ein Wasserstoffnetz ist ebenfalls möglich. Soweit die Theorie, denn aktuell ist diese Möglichkeit nicht wirtschaftlich umsetzbar. Der Aufwand, der betrieben werden muss, um den benötigten Wasserstoff zu gewinnen, ist derzeit noch zu hoch. Des Weiteren gibt es auch noch keine ausgebaute Versorgungsinfrastruktur, wie es sie für Erdgas gibt. Mit einer reinen Wasserstoffheizung wirtschaftlich und effizient zu heizen, ist zurzeit noch Zukunftsmusik.

Methode 2 - chemische Reaktion

Mit dem Einsatz einer Brennstoffzelle lässt sich die benötigte Wärmeenergie über eine chemische Reaktion freisetzen. Bei dieser Methode hätten Sie dann Ihr persönliches Kraftwerk im Haus. In der Brennstoffzelle trifft Wasserstoff auf Sauerstoff, wodurch der Wasserstoff in negative und positive Ionen geteilt wird. Die negativen Ionen erzeugen anschließend mittels einer Anode Strom, während die positiv geladenen Ionen über eine Kathode Wärme erzeugen. Mit dem Einsatz der Brennstoffzellen-Heizung erzeugen Sie ohne Abgase Energie zum Heizen, Warmwasser und Strom. Voraussetzung für die Installation einer Brennstoffzelle ist ein Gasanschluss, denn sie wird mit Erdgas betrieben.

Wichtige Einsatzbereiche für Wasserstoff H2 - neben der Wärmeversorgung

Die Anwendungsbereiche von Wasserstoff sind vielseitig. Für das Erreichen der Energiewende kann Wasserstoff als Energieträger viele interessante Lösungen bieten.

Wasserstoff in der Industrie

Aktuell wird Wasserstoff überwiegend in der chemischen Industrie zur Herstellung von Stickstoffdünger, synthetischen Kraftstoffen oder in Erdölraffinerien zur Raffinierung von Mineralöl eingesetzt. Zukünftig kann Wasserstoff zum Beispiel auch bei der Herstellung von Stahl zum Einsatz kommen und den Brennofen beheizen. Dieser Prozess lässt sich nur schwer elektrifizieren, weshalb dafür aktuell meist Kohle oder Erdgas genutzt wird. Je mehr Prozesse bei der Produktion von wichtigen Rohstoffen auf Wasserstoff umgestellt werden, desto weniger CO₂ wird ausgestoßen.

Wasserstoff im Verkehr und Transportwesen

Elektrofahrzeuge sind ein wichtiger Bestandteil für den klimaschonenden Verkehr, aber nicht in allen Bereichen eine sinnvolle Lösung. Wasserstoff kann vor allem im Schwerlastverkehr, bei Flugzeugen, Zügen oder Tankern und anderen Schiffen eine wichtige Ergänzung sein.

Wasserstoff-Heizung - der aktuelle Stand

Viele namhafte Hersteller wie Vaillant, Viessmann, Buderus, Bosch und Wolf haben moderne Gasthermen im Programm, die aktuell schon in der Lage sind, einen gewissen Anteil Wasserstoff (ca. 20 %) zu verbrennen. Möglich ist dies dank innovativer Verbrennungsregelungen, die unterschiedliche Gasarten erkennt und sich darauf einstellt. Diese Gasthermen sind H2-ready und heizen sicher, effizient sowie zuverlässig. Wir bieten die neue Generation der Gasthermen bei uns im Shop zum Kauf an.

Transport

An zweiter Stelle steht der Transport des gewonnenen Wasserstoffs. Dazu muss die bisherige Infrastruktur der Wasserstoff-Pipelines und Wasserstoffnetze weiter ausgebaut werden. Neben dem hohen zeitlichen Aufwand ist der Ausbau ebenfalls mit hohen Kosten verbunden. Eine Möglichkeit, um Kosten zu reduzieren, ist die Nutzung bestehender Gasleitungen. Diese müssten dann für den sicheren Transport von Wasserstoff geupgraded bzw. umgestellt werden.

Speicherung

Neben dem Transport stellt sich die Speicherung von Wasserstoff als große Herausforderung dar. Wasserstoff ist hochentzündlich und muss unter hohem Druck in speziellen Tanks gespeichert werden. Diese Tanks müssen hohen Sicherheitsstandards gerecht werden.

Nutzung

Wasserstoff wird mittels der Elektrolyse gewonnen. Um Energie freizusetzen, muss dieser Vorgang umgekehrt werden. Wasserstoff aus dem Speicher reagiert mit Sauerstoff, setzt dabei Energie frei und als „Abfallprodukt“ entsteht lediglich Wasser. Aktuell ist es mit modernen Gas-Brennwertthermen möglich, eine Wasserstoff-Beimischung von ca. 20 % zum Heizen zu nutzen.

Vergleich von Wasserstoff- und konventionellen Heizsystemen

Die Wasserstoffheizung stellt eine innovative Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen dar. Im Vergleich zu Gas- und Ölheizungen bietet die Wasserstoffheizung den entscheidenden Vorteil einer umweltfreundlicheren Betriebsweise, da bei ihrer Nutzung lediglich Wasser als Emissionsprodukt entsteht. Im Gegensatz zu Elektroheizungen, die oft von der Stromproduktion abhängig sind, kann die Wasserstoffheizung eine konstante Energieeffizienz aufweisen, insbesondere wenn grüner Wasserstoff verwendet wird. Diese Heizungsart erscheint daher als zukunftsweisende Lösung im Bereich der nachhaltigen Wohnraumbeheizung. Zukünftige Entwicklungen und Forschung im Bereich der Wasserstoffheizung

Zukünftige Entwicklungen und Forschung im Bereich Wasserstoffheizungen

Die Zukunft der Wasserstoffheizung ist geprägt von spannenden Entwicklungen und Forschungsinitiativen. Innovative Technologien im Bereich der Brennstoffzellen und der Wasserstofferzeugung lassen steigende Wirkungsgrade und sinkende Kosten erwarten. Die Forschung konzentriert sich zunehmend auf die Optimierung der Energienutzung und die Integration von Wasserstoffheizungen in bestehende Energiesysteme. Diese Fortschritte machen das Heizen mit Wasserstoff zunehmend attraktiv für eine breite Anwendung, die die Energiewende in Haushalten und Industrie entscheidend vorantreiben könnte.

Vergleich der Energieeffizienz von Wasserstoffheizungen

Die Energieeffizienz von Wasserstoffheizungen ist ein Schlüsselfaktor in ihrer Attraktivität als alternative Heizmethode. Wasserstoffheizungen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und Effizienz aus, insbesondere im Vergleich zu traditionellen fossilen Heizmethoden. Der Wirkungsgrad von Wasserstoffbrennwertthermen, gepaart mit dem umweltfreundlichen Aspekt einer emissionsfreien Verbrennung, macht sie zu einer zukunftsweisenden Option für umweltbewusste Verbraucher. Diese Heizsysteme könnten in naher Zukunft eine führende Rolle in energieeffizienten und nachhaltigen Wohnkonzepten spielen.

Energieeffizienz von Wasserstoffheizungen

Die Wasserstoffheizung ist ein Paradebeispiel für Energieeffizienz in der modernen Heiztechnik. Im direkten Vergleich zu konventionellen Heizsystemen wie Ölheizungen- oder Gasheizungen bietet die Wasserstoffheizung eine deutlich höhere Effizienz. Dies liegt vor allem an der hohen Energiedichte von Wasserstoff, die eine effizientere Wärmeerzeugung ermöglicht.Zudem entstehen bei der Verbrennung von Wasserstoff keine schädlichen Emissionen, was die ökologische Effizienz dieses Heizsystems unterstreicht. In Kombination mit erneuerbaren Energiequellen kann die Wasserstoffheizung einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des CO

Ökologische und ökonomische Auswirkungen von Wasserstoffheizungen

Die Umstellung auf eine Wasserstoffheizung hat erhebliche ökologische und ökonomische Auswirkungen. Aus ökologischer Sicht bietet die Wasserstoffheizung eine saubere Alternative, da sie im Betrieb emissionsfrei ist. Diese Eigenschaft trägt entscheidend zur Verringerung der Treibhausgasemissionen und zur Verbesserung der Luftqualität bei.Aus ökonomischer Sicht könnten die Betriebskosten von Wasserstoffheizungen langfristig sinken, insbesondere wenn der Preis für grünen Wasserstoff durch technologischen Fortschritt und Massenproduktion sinkt. Dies macht Wasserstoffheizungen nicht nur zu einer umweltfreundlichen, sondern auch zu einer wirtschaftlichen Lösung für die Zukunft.

Kostenanalyse von Wasserstoffheizungen

Die Kostenanalyse einer Wasserstoffheizung ist für viele Hausbesitzer ein entscheidender Faktor. Zwar sind die Anschaffungskosten für Wasserstoff-Heizsysteme derzeit noch höher als für herkömmliche Heizungen, jedoch können langfristig Einsparungen bei den Betriebskosten erzielt werden. Hier spielen vor allem der hohe Wirkungsgrad und die geringen Emissionen eine Rolle. Zudem könnten zukünftige Förderungen und Subventionen die Anfangsinvestitionen reduzieren.Es ist wichtig, nicht nur die Anfangskosten zu betrachten, sondern auch die langfristigen finanziellen Vorteile, wie geringere Energiekosten und mögliche Steuervergünstigungen.

Fazit

Wasserstoff hat riesiges Potenzial, aber leider gibt es neben den zahlreichen Vorteilen auch einige Nachteile bzw. Probleme, die gelöst werden müssen. Zum einen muss die Herstellung von grünem Wasserstoff günstiger werden, denn am Ende des Tages hilft uns bei der Energiewende nur die „grüne Methode“ weiter und diese ist in der Herstellung noch sehr kostspielig. Mit dem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien wird sich das aber ändern. Je mehr erneuerbare Energien weltweit im Einsatz sind, desto günstiger wird auch die Herstellung von grünem Wasserstoff. Des Weiteren wird es auch notwendig sein, das Versorgungsnetz bzw. die Infrastruktur für Wasserstoff auszubauen. Ein weiteres Problem gibt es bei der Lagerung, denn Wasserstoff hat eine sehr geringe Dichte und ist um einiges schwieriger zu lagern als fossile Brennstoffe. Es ist das leichteste Gas der Welt und zudem hochexplosiv. Die Lagerung muss unter hohem Druck in speziellen Behältern erfolgen. In flüssiger Form ist eine Lagerung erst bei minus 253 °C möglich. Aus diesem Grund stellt der Transport in großen Mengen ebenfalls eine Herausforderung dar.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Thema Wasserstoff-Heizung

Wie funktioniert eine Wasserstoff Heizung?

Eine Wasserstoff Heizung arbeitet in der Regel mit einem Brennwertkessel, in dem durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert Energie freigesetzt wird.

Wann kommt die Wasserstoff Heizung?

Wasserstoffheizungen sind bereits verfügbar. Ab 2024 sollen auch reine Wasserstoffthermen auf dem Markt erhältlich sein.

Welche Vor- und Nachteile hat eine Wasserstoffheizung?

Zu den Vorteilen zählen: keine CO₂-Emissionen, Strom- und Wärmeerzeugung, geräuscharmer Betrieb, wenig Platzbedarf und Kombinierbarkeit mit alternativen Energieträgern. Nachteile sind hohe Investitionskosten, finanzielle Unrentabilität ohne Förderung, Notwendigkeit eines Erdgasanschlusses, noch nicht vollständig ausgereifte Technologie und schwierige Speicherung von Wasserstoff.

Ist Heizen mit Wasserstoff nachhaltig?

Ja, Heizen mit Wasserstoff kann nachhaltig sein, insbesondere wenn grüner Wasserstoff verwendet wird, der regenerativ hergestellt wird. Grauer Wasserstoff, der auf fossilen Rohstoffen basiert, ist hingegen nicht nachhaltig. Für eine nachhaltige Wasserstoffheizung sollten Biogas oder Ökogas als Energieträger gewählt werden.