Bereits 1874 – im selben Jahr als Vaillant gegründet wurde – sagte der französische Autor Jules Verne voraus, dass Wasserstoff die Energie der Zukunft sein wird. Fast 150 Jahre später wissen wir, dass Verne mit dieser Vermutung richtig lag: Denn Wasserstoff wird laut führenden Expertinnen und Experten einen maßgeblichen Teil zur Energiewende und somit zum Klimaschutz beitragen. Aber was genau ist Wasserstoff? Wie kann er zu Energie- und Wärmeerzeugung genutzt werden und welche Vorteile hat er?
Wasserstoff – der Weg zur Energiewende?
Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende chemische Element in unserem Universum und Bestandteil zahlreicher organischer Verbindungen (z.B. von Wasser). Auf der Erde kommt Wasserstoff hauptsächlich als molekularer Wasserstoff (H2), also als farb- und geruchsloses Gas vor. Da Wasserstoff vorrangig gebunden vorkommt, kann dieser jedoch nicht einfach abgebaut und sofort verwendet werden, sondern muss - ähnlich wie Strom - zuerst produziert werden. Die Herstellung von Wasserstoff ist zum jetzigen Zeitpunkt noch relativ kosten- und energieintensiv, weshalb er sich trotz seiner zahlreichen Vorteile noch nicht vollständig durchgesetzt hat. Dies ist aufgrund der aktuellen Forschungsbemühungen und Förderung jedoch nur noch eine Frage der Zeit.
Die Herstellung und unterschiedlichen Arten von Wasserstoff
Wasserstoff kann auf vielfältige Weise hergestellt werden. Die Produktion von Wasserstoff wird auch in diesem Video erklärt. Grundsätzlich wird je nach Produktionsart und Auswirkung auf die Umwelt zwischen grünem, blauem, türkisem und grauem Wasserstoff unterschieden:
Grüner Wasserstoff
wird durch die sogenannte Elektrolyse hergestellt. Hierbei wird Wasser mithilfe von Strom in seine beiden Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, gespalten. Da der verwendete Strom aus erneuerbaren Energien (z.B. der Sonne) gewonnen wird, ist grüner Wasserstoff komplett klimaneutral und nachhaltig und erfüllt somit die Anforderungen des Pariser Klimaabkommens. Bei dieser Produktionsart wird Wasserstoff auch zu den grünen bzw. erneuerbaren Gasen gezählt.
Blauer Wasserstoff
wird im Gegensatz zu grünem Wasserstoff nicht aus Wasser, sondern aus fossilen Brennstoffen (z.B. Erdgas) gewonnen. Bei der Produktion wird außerdem CO2 erzeugt, welches abgeschieden und unterirdisch gespeichert wird. Da das CO2 nicht in die Atmosphäre gelangt, ist blauer Wasserstoff im Grunde genommen klimaneutral. Aufgrund mangelnder Speicherkapazitäten für das entstandene CO2 ist diese Art der Wasserstoffproduktion langfristig jedoch nicht nachhaltig.
Türkiser Wasserstoff
wird mithilfe der Methanpyrolyse hergestellt. Dieses Verfahren dient dazu Erdgas in einem Hochtemperaturreaktor in Wasserstoff und Kohlenstoff aufzuspalten. Klimaneutral ist diese Produktionsart des Wasserstoffes nur, wenn der Hochtemperaturreaktor mit erneuerbaren Energien betrieben wird und der entstandene Kohlenstoff dauerhaft gebunden und somit nicht in die Atmosphäre entlassen wird.
Grauer Wasserstoff
wird auf dieselbe Weise wie blauer Wasserstoff hergestellt. Der gravierende Unterschied ist jedoch, dass im Fall von grauem Wasserstoff das entstandene CO2 nicht abgeschieden und gespeichert wird. Stattdessen wird das CO2 direkt in die Atmosphäre abgegeben, wodurch grauer Wasserstoff unserer Umwelt schadet.
Wärme- und Energieerzeugung durch Wasserstoff
Wasserstoff kann auf zwei verschiedene Arten für das Beheizen eines Gebäudes genützt werden: entweder durch herkömmliche Verbrennung (wie bei Gas-Brennwertgeräten) oder durch eine chemische Reaktion, der sogenannten “kalten Verbrennung”.
Wasserstoff + Sauerstoff = Energie + Wasser
Die kalte Verbrennung wird von Brennstoffzellenheizungen verwendet. Diese Art der Heizung beinhaltet eine Brennstoffzelle, welche aus zwei Elektroden und einer Trennschicht besteht. Für die Herstellung von Strom und Wärme wird Wasserstoff in die Brennstoffzelle geleitet und durch die erste Elektrode in Protonen und Elektronen getrennt. Während die Elektronen von der ersten zur zweiten Elektrode wandern, entsteht Strom. Die Protonen hingegen durchqueren die Trennschicht und treffen dort auf Sauerstoff. Durch die Verbindung von Sauerstoff, Protonen und Elektronen entsteht nun thermische Energie (Wärme), welche zum Heizen genützt werden kann. Diese Technik ist besonders umweltfreundlich, da keine umweltschädlichen Emissionen, wie z.B. CO2, entstehen.
Als Alternative zur Brennstoffzellenheizung wird auch die Einspeisung von Wasserstoff in das bereits bestehende Gasnetzwerk getestet. Während in Laboren bereits eine Eispeisung von bis zu 30% Wasserstoff erfolgreich erprobt wurde, hat die Österreichische Vereinigung für das Gas- und Wasserfach (ÖVGW) im Juni 2021 ein neues Regelwerk veröffentlicht, welches eine Einspeisung von 10% Wasserstoff in das herkömmliche Erdgasnetz ermöglicht.
Vaillant hat auf diese Entwicklung reagiert und den neuen Modellreihen derecoTEC exclusive /1-7* und ecoTEC plus /1-5 Gas-Brennwertgeräte entwickelt, die auch bei einer Einspeisung von bis zu 20% Wasserstoff höchste Verbrennungsqualität und optimale Energieausbeute ermöglicht. Ermöglicht wird dies durch die neue Verbrennungsregelung IoniDetect, welche verschiedene Arten von Gas sowie Schwankungen in der Gasqualität erkennt und die Geräteeinstellungen automatisch optimal an diese anpasst. Auch wandhängende Gasgeräte, die zu 100% Wasserstoff nutzen, werden bereits in unserem Testzentrum erprobt. Diese senken nicht nur den CO2-Ausstoß auf null, sondern lassen sich auch wie herkömmliche Gas-Brennwertgeräte einsetzen. Hierdurch kann ein Großteil der bereits bestehenden Heizungsanlage in einem Gebäude wiederverwendet werden (z.B. Heizkörper und Abgassystem). Somit sind wir bereits jetzt optimal für die Zukunft gerüstet.
*gültig nur für das Heizgerät VC. Das Kombigerät VCW kann nicht mit Wasserstoff arbeiten.
Vorteile von Wasserstoff
Aufgrund der derzeit geringen Kommerzialisierung ist das Heizen mit 100% Wasserstoff mit relativ hohen Kosten verbunden. Auch die Herstellung von grünem Wasserstoff ist - im Gegensatz zu blauem oder grauem Wasserstoff - aufgrund mangelnder Kapazitäten momentan noch sehr kosten- und energieintensiv. Der Ausbau der Herstellungskapazitäten sowie der Kommerzialisierung werden im Rahmen des Green Deals der EU fokussiert und sollten sich in den nächsten Jahren deutlich verbessern.
Wasserstoff – das Element der Zukunft?
Sowohl in Österreich als auch in der Europäische Union wurde die Bedeutsamkeit von Wasserstoff für eine nachhaltige Zukunft bereits erkannt. So sollen im Rahmen des Green Deals die Elektrolysekapazitäten zur Herstellung von grünem Wasserstoff bis 2030 deutlich ausgebaut werden. Bis 2050 soll Wasserstoff außerdem in allen Sektoren, wo eine anderweitige Dekarbonisierung (=Verringerung des CO2 Ausstoßes) schwierig ist, verwendet werden.