Grüner Wasserstoff ist als klimaneutraler Energieträger ein entscheidender Baustein der Energiewende. Um ihn herzustellen, benötigt man erneuerbaren Strom und Wasser, das mittels Elektrolyse in seine elementaren Bestandteile Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) zerlegt wird. Dieses Verfahren wird auch Power-to-Gas genannt. Als Stromquellen kommen sowohl Photovoltaikanlagen als auch Windparks an Land (onshore) oder auf See (offshore) in Frage.

Wasserstoff lässt sich somit überall dort herstellen, wo Wasser und erneuerbarer Strom zur vorhanden sind. Wind- und Sonnenenergie, die stark witterungsabhängig sind und nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen, lassen sich so im Gasnetz langfristig speichern und bedarfsgerecht einsetzen. Schwankungen oder Überlastungen im Stromnetz, etwa in windreichen oder sonnenarmen Zeiten, können so effektiv ausgeglichen werden. Die Produktion und Nutzung der erneuerbaren Energien lässt sich durch das Power-to-Gas-Verfahren örtlich sowie zeitlich entkoppeln. Die Herstellung von Wasserstoff mit der Elektrolyse sorgt so dafür, dass jede Kilowattstunde an grünem Strom tatsächlich genutzt werden kann und die Erneuerbaren-Anlagen nicht abgeregelt werden müssen, wenn das Stromangebot die Nachfrage übersteigt.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-0-1 Erneuerbare Gase

Bei der Herstellung von Wasserstoff kommt bislang hauptsächlich das Verfahren der Dampfreformierung zum Einsatz. Hierbei wird aus fossilen Brennstoffen, wie zum Beispiel Erdöl oder Erdgas, sogenannter grauer Wasserstoff gewonnen. Dabei wird das Gas oder Öl unter Einfluss von Wasserdampf und Wärme in Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) umgewandelt. Das CO₂ gelangt bei diesem Verfahren allerdings ungehindert in die Atmosphäre. 

Dies lässt sich vermeiden, indem das bei der Dampfreformierung entstehende CO₂ direkt abgeschieden und dauerhaft gespeichert wird, z.B. in erschöpften Erdgaslagerstätten. Man spricht hier von Carbon Capture and Storage (CCS). Neben der Speicherung besteht auch die Option, das CO₂ zu nutzen, etwa zur Herstellung von Kunststoff. Diesen Prozess bezeichnet man als Carbon Capture and Utilization (CCU).

Bei beiden Verfahren gelangt das Treibhausgas nicht in die Atmosphäre und der CO₂-Ausstoß lässt sich schnell und effektiv senken. Man spricht von blauem Wasserstoff.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-1-9 CO2-Transport

Bei der Pyrolyse wird Erdgas (CH4) durch sehr hohe Temperaturen und unter Sauerstoffausschluss in Wasserstoff (H2) sowie festen Kohlenstoff (C) aufgespaltet. Da hierbei keine Verbrennung erfolgt, fallen auch keine klimaschädlichen CO2-Emissionen an und die beiden entstandenen Produkte lassen sich vielseitig einsetzen. Der klimaneutrale Wasserstoff, auch als türkiser Wasserstoff bezeichnet, kann ins Gasnetz eingespeist werden und leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung der Energieversorgung. Der feste Kohlenstoff – auch als Graphit bekannt – kann gelagert oder in zahlreichen Industriebereichen als wichtiger Rohstoff eingesetzt werden, z.B. bei der Stahlproduktion, in der Batterieherstellung oder in der Halbleiter- und Solarindustrie.

Verwendet man für die Pyrolyse nicht Erdgas sondern Biogas bzw. Biomethan, kann man mit Verfahren nicht nur klimaneutralen Wasserstoff herstellen, sondern sogar auch eine CO2-Senke schaffen. Denn der im Biomethan enthaltene Kohlenstoff wurde zuvor von Pflanzen über die Fotosynthese aus der Atmosphäre aufgenommen. Im Rahmen der Pyrolyse wird dieser Kohlenstoff abgetrennt und somit dauerhaft der Atmosphäre entzogen. In einer Broschüre zur Pyrolyse finden Sie ausführliche Informationen zu aktuellen Forschungsprojekten.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-0-1 Erneuerbare Gase

Um den Wasserstoffbedarf decken zu können, müssen verschiedene Herstellungsverfahren zum Einsatz kommen. Für die Produktion von blauem (Dampfreformierung + CCU/CCS) oder türkisem (Pyrolyse) Wasserstoff kommt Erdgas zum Einsatz, das hauptsächlich aus Norwegen stammt und über kilometerlange Leitungen durch die Nordsee nach Deutschland gelangt. Blauer Wasserstoff wird während der Transformationsphase hin zur Klimaneutralität in Deutschland eine Rolle spielen. Nach und nach werden dann vor allem grüner und türkiser Wasserstoff  zum Einsatz kommen.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-1-4 Anlagentechnik
• G-TK-1-5 Gasmessung und Abrechnung
• G-TK-2-1 Gasförmige Brennstoffe

Normalerweise wird Erdgas nach Deutschland im gasförmigen Zustand über Gasleitungen etwa von Norwegen, den Niederlanden oder Belgien transportiert. Importiert man es allerdings aus Ländern wie den USA oder Katar, wird das Erdgas in Form von LNG (Liquified Natural Gas) mittels großer LNG-Tanker (LNG Carrier) über den Seeweg verschifft. LNG steht für Liquified Natural Gas, also verflüssigtes Erdgas. Im Herkunftsland wird das Erdgas zunächst durch Herabkühlen auf -161°C oder alternativ durch höheren Druck (8 bar) bei Umgebungstemperatur verflüssigt. Diese Verflüssigung findet statt, um in den Speicherbehältern der Schiffe mehr Energiemenge transportieren zu können.

LNG-Terminals an den Küsten in Deutschland werden genutzt, um die ankommenden LNG-Tanker zu löschen und das LNG mittels Regasifizierungsanlage wieder in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen, damit es in das Gasnetz eingespeist werden kann. Neu errichtete LNG-Terminals sind für den Import von Wasserstoff geeignet.

Import von Wasserstoff

Deutschland ist Energieimportland. So importiert Deutschland derzeit etwa 80 % seiner Primärenergie, hauptsächlich fossile Energieträger (z.B. Erdgas, Braunkohle, Erdöl), aus anderen Ländern. In Zukunft wird Deutschland weiterhin auf Importe angewiesen sein. Jedoch ist mit Blick auf die Energiewende und den Klimaschutz das Ziel, zukünftig fossile Energieträger durch klimaneutral hergestellten Wasserstoff zu ersetzen. Ein Teil davon kann durch Elektrolyse oder Pyrolyse emissionsfrei vor Ort erzeugt werden.

Da in Deutschland aber nicht ausreichend Kapazitäten für die Nutzung Erneuerbarer Energien existieren, wird der Großteil des Wasserstoffs aus Ländern wie Norwegen, Spanien, aber auch aus außereuropäischen Ländern wie aus der MENA-Region, Kanada oder sogar Australien importiert werden, um den Bedarf in Deutschland zu decken. Für den Transport über den Seeweg bzw. weite Strecken muss der Wasserstoff verflüssigt werden. Dies ähnelt dem Transport von Erdgas in verflüssigter Form, jedoch sind mit Minus 253 °C noch niedrigere Temperaturen als bei LNG notwendig, damit der Wasserstoff flüssig wird.

Eine alternative Möglichkeit für den Wasserstofftransport ist die Umwandlung mittels Haber-Bosch-Verfahren in Ammoniak (NH3), das sich deutlich einfacher transportieren lässt. Denn das geruchsintensive Gas wird bereits bei Minus 33 °C flüssig. Nach dem Transport kann Ammoniak unter hohen Temperaturen in seine Bestandteile aufgespalten werden und man erhält wieder Wasserstoff.

Hier finden Sie ausführliche Informationen zum Wasserstoff-Import 

Zuständige Fachgremien

• NA 032-02-10 AA LNG-Anlagen

Normalerweise wird Erdgas nach Deutschland im gasförmigen Zustand über Gasleitungen etwa von Norwegen, den Niederlanden oder Belgien transportiert. Importiert man es allerdings aus Ländern wie den USA oder Katar, wird das Erdgas in Form von LNG (Liquified Natural Gas) mittels großer LNG-Tanker (LNG Carrier) über den Seeweg verschifft. LNG steht für Liquified Natural Gas, also verflüssigtes Erdgas. Im Herkunftsland wird das Erdgas zunächst durch Herabkühlen auf -161°C oder alternativ durch höheren Druck (8 bar) bei Umgebungstemperatur verflüssigt. Diese Verflüssigung findet statt, um in den Speicherbehältern der Schiffe mehr Energiemenge transportieren zu können.

LNG-Terminals an den Küsten in Deutschland werden genutzt, um die ankommenden LNG-Tanker zu löschen und das LNG mittels Regasifizierungsanlage wieder in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen, damit es in das Gasnetz eingespeist werden kann. Neu errichtete LNG-Terminals sind für den Import von Wasserstoff geeignet.

Import von Wasserstoff

Deutschland ist Energieimportland. So importiert Deutschland derzeit etwa 80 % seiner Primärenergie, hauptsächlich fossile Energieträger (z.B. Erdgas, Braunkohle, Erdöl), aus anderen Ländern. In Zukunft wird Deutschland weiterhin auf Importe angewiesen sein. Jedoch ist mit Blick auf die Energiewende und den Klimaschutz das Ziel, zukünftig fossile Energieträger durch klimaneutral hergestellten Wasserstoff zu ersetzen. Ein Teil davon kann durch Elektrolyse oder Pyrolyse emissionsfrei vor Ort erzeugt werden.

Da in Deutschland aber nicht ausreichend Kapazitäten für die Nutzung Erneuerbarer Energien existieren, wird der Großteil des Wasserstoffs aus Ländern wie Norwegen, Spanien, aber auch aus außereuropäischen Ländern wie aus der MENA-Region, Kanada oder sogar Australien importiert werden, um den Bedarf in Deutschland zu decken. Für den Transport über den Seeweg bzw. weite Strecken muss der Wasserstoff verflüssigt werden. Dies ähnelt dem Transport von Erdgas in verflüssigter Form, jedoch sind mit Minus 253 °C noch niedrigere Temperaturen als bei LNG notwendig, damit der Wasserstoff flüssig wird.

Eine alternative Möglichkeit für den Wasserstofftransport ist die Umwandlung mittels Haber-Bosch-Verfahren in Ammoniak (NH3), das sich deutlich einfacher transportieren lässt. Denn das geruchsintensive Gas wird bereits bei Minus 33 °C flüssig. Nach dem Transport kann Ammoniak unter hohen Temperaturen in seine Bestandteile aufgespalten werden und man erhält wieder Wasserstoff.

Hier finden Sie ausführliche Informationen zum Wasserstoff-Import 

Zuständige Fachgremien

• NA 032-02-10 AA LNG-Anlagen

Bei der Erzeugung von Wasserstoff kann statt fossilem Erdgas auch Biogas aus Biomasse eingesetzt werden. Wird Biogas eingesetzt, ist der Effekt ähnlich: Sowohl bei der Dampfreformierung mit CCU/CCS als auch bei der Pyrolyse wird CO₂ aus der Atmosphäre gebunden und somit eine „CO₂-Senke“ geschaffen. Die CO₂-Bilanz der Wasserstoffproduktion fällt in diesem Fall negativ aus. Wie tief diese Senke ist, hängt von dem Ausgangsmaterial ab.

Der Einsatz von Biogas aus pflanzlichen Reststoffen bietet einen großen Vorteil: Das im Biogas enthaltene CO₂ wurde zuvor der Luft durch Photosynthese der Pflanzen entzogen und wird bei der Dampfreformierung mit CCU/CCS bzw. der Pyrolyse abgetrennt und gespeichert. Die H₂-Erzeugung mit Biogas aus Gülle ermöglicht wiederum, THG-Emissionen aus der Tierhaltung zu reduzieren. So kann der Landwirtschaftssektor bei der Emissionsminderung unterstützt und zusätzliche Energie erzeugt werden. Das im Biogas enthaltene CO₂ gelangt zudem nicht in die Atmosphäre. 

Das Emissionsminderungspotenzial von Wasserstoff aus Biomethan oder Biogas ist beachtlich. Auch wenn diese Verfahren noch nicht in großem Maßstab zur Verfügung stehen, sollte dieser Pfad weiterverfolgt werden. Denn das Wachstum von Pflanzen, ihre Verwertung und die Abtrennung des Kohlenstoffs ermöglichen es, eine „CO₂-Senke“ zu schaffen.

Zuständige Fachgremien

• G-GTK-0-1 Erneuerbare Gase

Damit Deutschland klimaneutral werden und zugleich Industrieland bleiben kann, ist es erforderlich, die Gasinfrastruktur für die Bereitstellung von Wasserstoff zu nutzen. Über das 42.400 km lange Gastransportnetz können große Mengen Wasserstoff überregional und international über weite Strecken in die Versorgungsgebiete transportiert werden. Für die bestehenden Transportleitungen existieren bereits konkrete Umstellungspläne von Erdgas auf Wasserstoff und auch das entsprechende DVGW-Regelwerk ist bereits vorhanden.

Zuständige Fachgremien

• Gastransportleitungen (G-TK-1-1)
• Gasarmaturen (G-TK-1-6)
• Werkstoffe und Schweißtechnik (G-TK-1-7)

Wasserstoff muss von der Erzeugung bis zum Verbraucher oft große Distanzen zurücklegen. Zur Verringerung des Volumens wird er zum Transport in Rohrleitungen auf hohen Druck verdichtet. Bei der Strömung durch die Rohrleitung verliert das Gas an Druck. Um dies auszugleichen, befinden sich im Fernleitungsnetz in regelmäßigen Abständen Verdichterstationen, die den Druck des Gases wieder erhöhen und so den Gasfluss aufrechterhalten. Im Verteilnetz, das das Gas zu den Verbrauchern transportiert, ist eine Verdichtung nicht mehr notwendig.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-1-2 Verdichteranlagen
• G-TK-1-5 Gasmessung und Abrechnung

Auf dem Weg zum Verbraucher durchläuft der Wasserstoff verschiedene Druckstufen im Rohrleitungsnetz. Die Gas-Druckregel- und Messanlagen (GDRM-Anlagen) bilden auf dem gesamten Transportweg die notwendigen Schnittstellen zwischen den unterschiedlichen Druckstufen und passen den Druck an das nachgeschaltete Netz an, d.h. sie reduzieren ihn auf den benötigten Wert. Gleichzeitig wird die Menge des übergebenen Wasserstoffs und die Beschaffenheit in Hinblick auf mögliche Begleitstoffe gemessen. Häufig trennen die GDRM-Anlagen auch die Netze unterschiedlicher Eigentümer und messen die transportierten Mengen. Zusätzlich wird dem von Natur aus geruchslosen Wasserstoff bei der Übergabe an das Verteilnetz in den GDRM-Anlagen ein Stoff hinzugefügt, der den charakteristischen, schwefelig anmutenden Geruch erzeugt, wie man ihn vom Erdgas kennt (Odorierung).

Zuständige Fachgremien

• G-TK-1-4 Anlagentechnik
• G-TK-1-5 Gasmessung und Abrechnung
• G-TK-2-1 Gasförmige Brennstoffe

Mit rund 25 Speicherbetreibern und über 40 Untertage-Gasspeichern zählt Deutschland zu den weltweit größten Speichernationen nach den USA, Russland und der Ukraine. Gasspeicher sind neben den Gasnetzen ein wesentlicher Teil der Gasinfrastruktur. Ein großer Teil dieser Untertagespeicher kann zu Wasserstoffspeichern umgerüstet und für die Speicherung von Wasserstoff genutzt werden. Die in Deutschland bestehende Infrastruktur an unter- und oberirdischen Speicheranlagen kann große Mengen an Gas und Wasserstoff lagern. Rund um die Uhr steht etwa ein Viertel des deutschen Jahresbedarfs an Gas über das Land verteilt für Industrie, Gewerbe und Privatverbraucher zur Verfügung. Wenn Wasserstoff aus Gasspeichern in Gaskraftwerken eingesetzt wird, kann hierdurch die schwankende Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen auch über längere Zeiträume ausgeglichen werden.

Zuständige Fachgremien

• NA 032-02-07 AA Untertagespeicher

An das Gastransportnetz, durch das zukünftig große Mengen Wasserstoff über sehr weite Strecken fließen sollen, schließt das rund 550.000 Kilometer lange Gasverteilnetz an. Dieses ermöglicht die direkte Versorgung von über 13 Millionen Haushaltskunden und fast 1,8 Millionen Industrie- und Gewerbebetriebe mit klimaneutraler Energie. Die Rohre besitzen im Vergleich zum vorgelagerten Gastransportnetz einen geringeren Durchmesser und bestehen in der Regel aus Stahl oder Kunststoff. 

Die bestens ausgebaute Gasinfrastruktur von heute bildet das Rückgrat für die zukünftige, bundesweite Versorgung mit Wasserstoff und anderen klimaneutralen Gasen. Es ist geplant, das gesamte Gasnetz für reinen Wasserstoff fit zu machen. Damit sich alle Netzkomponenten und Gasanwendungen für Wasserstoff eignen, sind jedoch Anpassungen notwendig. Für die zukünftige Verteilung von Wasserstoff kann das Gassystem mit überschaubarem Mehraufwand kosteneffizient ertüchtigt und erweitert werden. Die deutschen Gasverteilnetzbetreiber arbeiten bereits intensiv an Plänen für die Umstellung ihrer Netze auf Wasserstoff. Mehr erfahren sie hier: www.h2vorort.de 

Zuständige Fachgremien

• G-PK-1-0-4 BALSibau
• G-TK-1-3 Gasverteilung
• G-TK-1-6 Gasarmaturen

Um die Klimaschutzziele im Industriesektor zu erreichen, ist der Ersatz fossiler Energieträger durch klimaneutral erzeugte Gase wie Wasserstoff, Biomethan und SNG (Synthetic Natural Gas, das aus grünem Wasserstoff erzeugt wird) notwendig. In Deutschland entfällt der größte Verbrauch von Erdgas auf die Industrie, in der es zur Energieerzeugung und auch direkt als Rohstoff in der Produktion verwendet wird. Bei der Transformation zu einer nachhaltigen Industrie spielt das Gasnetz, an das flächendeckend fast 1,8 Millionen Industrie- und Gewerbebetriebe angeschlossen sind, eine zentrale Rolle. Zukünftig werden hierüber klimaneutrale Gase leitungsgebunden transportiert, damit Deutschland die Klimaziele erreicht und zugleich ein zukunftssicherer, wettbewerbsfähiger Industriestandort bleibt.  

Zuständige Fachgremien

• G-TK-2-1 Gasförmige Brennstoffe
• G-TK-2-2 Häusliche, gewerbliche und industrielle Anwendung
• G-TK-2-4 Bauteile und Hilfsstoffe
• G-TK-2-3 Gasinstallation
• G-TK-1-4 Anlagentechnik
• G-TK-1-5 Gasmessung und Abrechnung

Gaskraftwerke sind aufgrund ihrer Flexibilität besonders dafür geeignet, um die Stromversorgung auch in sonnen- und windarmen Zeiten sicherzustellen, wenn nicht ausreichend Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung steht. Man spricht hier von sogenannten Dunkelflauten. Völlig unabhängig von der Tageszeit oder Wetterlage können sie innerhalb kürzester Zeit in Betrieb gehen und zuverlässig Strom produzieren. Dadurch übernehmen sie eine zentrale Funktion in der deutschen Stromversorgung. Neue Gaskraftwerke werden so konzipiert und gebaut, dass sie nicht mehr nur mit Erdgas sondern auch mit Wasserstoff betrieben und somit zur klimaneutralen und zuverlässigen Stromerzeugung genutzt werden können. 

Zuständige Fachgremien

• G-TK-1-4 Anlagentechnik
• G-TK-1-5 Gasmessung und Abrechnung
• G-TK-2-1 Gasförmige Brennstoffe
• G-TK-2-2 Häusliche, gewerbliche und industrielle Anwendung
• G-TK-2-3 Gasinstallation

Knapp die Hälfte aller Haushalte in Deutschland heizt mit Erdgas und ist an das gut ausgebaute Gasnetz angeschlossen. Diese Form der Wärmeerzeugung verursacht allerdings CO₂-Emissionen und schadet somit langfristig dem Klima. Aus diesem Grund wird das fossile Erdgas in Zukunft schrittweise durch neue, klimaneutrale Gase wie Wasserstoff ersetzt. So wird klimaneutrales Heizen möglich, ohne dass die Heiztechnologie komplett gewechselt werden muss oder aufwändige energetische Sanierungsmaßnahmen erforderlich sind.

Ab spätestens 2025 werden Gasheizungen verfügbar sein, die sowohl mit Erdgas und Biogas als auch mit 100% Wasserstoff betrieben werden können. Grundsätzlich gilt: Alle 20 Jahre sollte ein Heizgerät ausgetauscht werden. In den kommenden Jahren wird dies Millionen Heizungsanlagen betreffen, die aktuell Erdgas, Öl oder andere fossile Energieträger nutzen. Wenn dieser natürliche Austauschzyklus genutzt wird, könnten bis 2030 mindestens zwei Drittel aller Heizungen bereits vollständig durch H2-ready Geräte ersetzt werden. Gebäude, die dann mit grünem Wasserstoff beheizt werden, wären somit CO2-neutral. So können auch Altbauten und Gebäude ohne hohen Energieeffizienzgrad schnell und günstig klimaneutral beheizt werden.

Hier finden Sie weitere Informationen zu den Kosten von Wasserstoff für die Wärmeversorgung.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-1-4 Anlagentechnik
• G-TK-1-5 Gasmessung und Abrechnung
• G-TK-2-2 Häusliche, gewerbliche und industrielle Anwendung
• G-TK-2-3 Gasinstallation
• G-TK-2-4 Bauteile und Hilfsstoffe

Über 1,8 Millionen Industrie- und Gewerbekunden Erdgas nutzen momentan noch Erdgas zum Heizen ihrer Gebäude oder für diverse Produktionsprozesse. Man unterscheidet hierbei zwischen Raum- und Prozesswärme. Um diese zukünftig klimaneutral zu erzeugen, muss das Erdgas durch Wasserstoff ersetzt werden. Von der Bäckerei über die Brauerei bis zur Metzgerei – sie alle sind auf den Einsatz neuer, klimaneutraler Gase angewiesen, um weiterhin Brot, Bier und Wurst produzieren zu können. Auch in Wäschereien oder Gärtnereien lassen sich Wärme und Dampf künftig klimaneutral mit Wasserstoff erzeugen.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-2-2 Häusliche, gewerbliche und industrielle Anwendung
• G-TK-2-3 Gasinstallation
• G-TK-2-4 Bauteile und Hilfsstoffe

Es gilt Lösungen zu entwickeln, die eine klimaneutrale Mobilität ermöglichen und auch in der Lage sind, neben dem Individualverkehr auch die weltweite Logistik nachhaltig zu gestalten. Mit Wasserstoff lässt sich erneuerbare Energie langfristig speichern und überall umweltfreundlich einsetzen. Wasserstoff ist damit auch für die Mobilität sehr vielversprechend und es zeichnet sich bereits ab, dass sich brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge neben der Elektromobilität etablieren werden. Der geplante Aufbau von Produktions- und Transportkapazitäten in der Wasserstoffwirtschaft unterstützt diesen Prozess auf lange Sicht. Die Infrastruktur von Wasserstoff-Tankstellen befindet sich im Aufbau. Eine interaktive Tankstellen-Karte zeigt, wo man bereits heute Wasserstoff tanken kann.

Zuständige Fachgremien

• G-TK-2-5 Infrastruktur Gasmobilität