Die verschiedenen „Farben“ des Wasserstoffs

Um die Energiewende weiter voranzubringen, sind innovative Technologien gefragt – die Wasserstofftechnologie ist dabei ein wichtiger Baustein. Die großen Vorteile von Wasserstoff und seinen Folgeprodukten liegen darin, dass man mit ihnen Energie leicht speichern und transportieren kann. Dies ermöglicht eine deutlich größere und flexiblere Energieversorgung.

Je nach Herstellungspfad und eingesetzter Energie wird Wasserstoff in Deutschland üblicherweise in unterschiedliche Farben eingeteilt: Je nach eingesetztem Strom wird beispielsweise zwischen grünen, grauen, blauen, türkisen, roten und orangen Wasserstoff unterschieden.

Bei der strombasierten Herstellung von Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse wird Wasser (H₂O) in Sauerstoff (O₂) und Wasserstoff (H₂) aufgespalten. Dagegen wird in der Erdkruste natürlich vorkommender Wasserstoff als „weißer Wasserstoff“ bezeichnet.

Derzeit wird weltweit der überwiegende Teil des Wasserstoffs noch aus Erdgas (CH₄) über das Verfahren der Dampfreformation (Steam-Methan-Reforming, SMR) gewonnen. Bei diesem Verfahren werden allerdings unter anderem CO--Kohlenstoffdioxid₂-Emissionen freigesetzt. Den so hergestellten Wasserstoff (H₂), nennt man auch „grauen Wasserstoff“.

Wird bei dieser Art der Gewinnung zur Reduktion der Emissionslast CO--Kohlenstoffdioxid₂ abgeschieden und gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS), spricht man von „blauem Wasserstoff“. Daneben wird an der großskaligen Herstellung von so genanntem „türkisen Wasserstoff“ geforscht, bei dem der Kohlenstoff mittels Methanpyrolyse als Feststoff im Prozess abgeschieden wird. „Roter Wasserstoff“ wird mittels Stroms aus Atomkraftwerken und „oranger“ Wasserstoff auf Basis von Abfall- und Reststoffen erzeugt.

„Grüner Wasserstoff“ wird aus erneuerbarem Strom gewonnen und ist entsprechend besonders klimafreundlich und auf Dauer nachhaltig.

Grüner Wasserstoff

Für die Herstellung von „grünem Wasserstoff“ mittels Elektrolyse wird Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne verwendet. Dieses Verfahren wird auch als Power-to-Gas bezeichnet und ist eine der Technologien zur Sektorenkopplung, sogenannte Power-to-X-Technologien. Durch diese Technologie wird erneuerbarer Strom gespeichert und kann auch über die direktelektrischen Anwendungen hinaus genutzt werden, beispielsweise in den Bereichen Industrie und Verkehr.

Bei der Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse werden aktuell vier Technologien unterschieden:

• die alkalische Elektrolyse (AEL),
• die Proton-Exchange-Membran Elektrolyse (PEM),
• die Anionenaustauschmembran-Elektrolyseure (AEM) und
• die Hochtemperaturelektrolyse (HTEL).

Die AEL ist bereits seit über einem Jahrhundert bekannt und kommerziell nutzbar, die PEM-Elektrolyse stellt eine deutlich jüngere Technologie dar, die ebenfalls kommerziell einsatzbereit ist. Gegenüber der AEL bietet die PEM-Technologie noch viel Potenzial für technische Entwicklungen und Kosteneinsparungen. Entwicklungsresultate bei der AEM-Elektrolysetechnologie zeigen ihre Eignung, Wasserstoffproduktion aus regenerativem Strom in Zukunft massentauglich zu machen. Die HTEL befindet sich noch in der Pilotphase.

Neben den klimapolitischen Aspekten gilt es, mit der Wasserstoffstrategie schon frühzeitig auch einen Beitrag zur Diversifizierung der Energieimporte und damit zur Versorgungssicherheit Deutschlands zu leisten. Darüber hinaus geht es bei Wasserstofftechnologien auch um viele zukunftsfähige Arbeitsplätze, neue Wertschöpfungspotenziale und einen globalen Milliardenmarkt. Deutsche Unternehmen sind in diesem Bereich bereits sehr gut aufgestellt, etwa bei der Brennstoffzelle und der Elektrolyse für die grüne Wasserstofferzeugung. Ziel ist, dass Deutschland bei Wasserstofftechnologien eine globale Vorreiterrolle einnimmt.

Die Bundesregierung hat deshalb im Juni 2020 eine Nationale Wasserstoffstrategie mit einem Aktionsplan beschlossen. Zur konsequenten Umsetzung und Weiterentwicklung der Strategie wurde eine flexible und ergebnisorientierte Governance-Struktur geschaffen. Im Mittelpunkt steht der Nationale Wasserstoffrat, der erstmals am 09. Juli 2020 zu seiner konstituierenden Sitzung zusammentrat und fortlaufend berät.

Die Strategie verfolgt insbesondere folgende Ziele:

• Klimafreundlich hergestellten Wasserstoff, insbesondere aus erneuerbaren Energien, und seine Folgeprodukte als Schlüsselelemente der Energiewende zu etablieren, um Dekarbonisierungsprozesse in bestimmten Bereichen vollenden zu können.
• Die regulativen Voraussetzungen für einen Markthochlauf der Wasserstofftechnologien schaffen. Das heißt inländische Märkte schaffen, um Wasserstoff zu erzeugen und zu verwenden. Dabei liegt der Fokus auf solchen Bereichen, die bereits nahe an der Wirtschaftlichkeit sind oder die sich – nach derzeitigem Stand der Technik – nicht anders dekarbonisieren lassen, wie bestimmte Industrie- und Verkehrsbereiche (Luft-, Schiffs-, Fernlastverkehr).
• Mit dem Aktionsplan die Kosten für die Umsetzung von Wasserstofftechnologien senken, um globale Märkte anzustoßen.
• Deutsche Unternehmen und ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken, indem Forschung und Entwicklung und der Technologieexport rund um innovative Wasserstofftechnologien forciert werden.
• Die zukünftige nationale Versorgung mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energien und dessen Folgeprodukten sichern und gestalten. Das heißt, neben heimischen Erzeugungspotenzialen verlässliche internationale Partnerschaften – mit Schwerpunkt Europäische Union (EU) – für die Gewinnung und den Transport von Wasserstoff finden, beziehungsweise entsprechende Kooperationen und Importstrukturen aufbauen. Dies bietet zudem die Chance zum Ausbau des EU-Energie-Binnenmarkts sowie mit sonnen- und windreichen Entwicklungsländern zu kooperieren, die ein hohes Potenzial an erneuerbaren Energien haben. Von ihnen könnte Deutschland beispielsweise „grünen Wasserstoff“ importieren. Übergangsweise wird auch ein europäischer Markt für CO₂-neutralen Wasserstoff entstehen, also „blauer“ oder „türkiser Wasserstoff“, der den Markthochlauf von Wasserstofftechnologien anwendungsseitig beschleunigen wird, beispielsweise in der Stahlindustrie.

Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie

Im Juli 2023 hat das Bundeskabinett die Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie beschlossen und hiermit die Strategie aus dem Jahr 2020 an aktuelle Entwicklungen angepasst und weiterentwickelt.

Die Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie verfolgt folgende Zielbilder für 2030:

• beschleunigter Markthochlauf von Wasserstoff: Der Markthochlauf von Wasserstoff, seinen Derivaten und Wasserstoffanwendungstechnologien werden deutlich beschleunigt und das Ambitionsniveau entlang der gesamten Wertschöpfungskette massiv gesteigert.
• Sicherstellung ausreichender Verfügbarkeit von Wasserstoff und seiner Derivate: Das Ziel für heimische Elektrolysekapazität in 2030 wird von 5 Gigawatt (GW) auf mindestens 10 GW erhöht. Der restliche Bedarf, circa 45-90 Terawatt (TWh) wird durch Importe gedeckt.
• Aufbau einer leistungsfähigen Wasserstoffinfrastruktur: Bis 2027/2028 wird über die IPCEI-Förderung ein Wasserstoffstartnetz mit mehr als 1.800 Kilometer umgestellten und neu gebauten Wasserstoffleitungen in Deutschland aufgebaut; europaweit kommen circa 4.500 Kilometer hinzu (European Hydrogen Backbone). Mittels Erweiterung zu einem Kernnetz werden bis 2032 alle großen Erzeugungs-, Import- und Speicherzentren mit den relevanten Abnehmerinnen und Abnehmer in Deutschland verbunden.
• Etablierung von Wasserstoffanwendungen in den Sektoren: Bis 2030 werden Wasserstoff und seine Derivate eingesetzt, insbesondere bei Anwendungen in der Industrie, bei schweren Nutzfahrzeugen sowie zunehmend im Luft- und Schiffsverkehr. Im Stromsektor trägt Wasserstoff zur Energieversorgungssicherheit bei; durch auf klimaneutrale Gase umrüstbare Gaskraftwerke (H₂-ready) und durch systemdienliche Elektrolyseure, insbesondere als variable und systemdienliche Stabilisatoren beziehungsweise flexible Lasten. Zur perspektivischen Nutzung von Wasserstoff bei der zentralen und dezentralen Wärmeversorgung wurden mit der letzten Novelle des Gebäudeenergiengesetzes (GEG) und dem Wärmeplanungsgesetz die nötigen Rahmenbedingungen geschaffen.
• Deutschland wird bis 2030 Leitanbieter für Wasserstofftechnologien: Deutsche Anbietende bauen ihre Technologieführerschaft aus und bieten die gesamte Wertschöpfungskette an Wasserstofftechnologien an: von der Produktion, beispielsweise Elektrolyseure, bis hin zu den unterschiedlichen Anwendungen, beispielsweise Brennstoffzellentechnologie.
• Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen: Kohärente rechtliche Voraussetzungen auf nationaler, europäischer und möglichst auch internationaler Ebene unterstützen den Markthochlauf. Dies umfasst insbesondere effiziente Planungs- und Genehmigungsverfahren, einheitliche Standards und Zertifizierungssysteme sowie eine ausreichend ausgestattete und auf allen Ebenen koordinierte Verwaltung.

Ergänzt werden die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) und ihre Fortschreibung durch die Importstrategie für Wasserstoff und Wasserstoffderivate, welche die Bundesregierung im Juli 2024 veröffentlicht hat. Ziel der Strategie ist es, klare Signale an Partnerländer und Unternehmen im Hinblick auf den Bedarf und die Bereitschaft Deutschlands zu senden, Wasserstoff und Wasserstoffderivate zu importieren. Somit leistet sie einen wichtigen Beitrag, um die Investitionssicherheit für Wasserstoffproduktion in unseren Partnerländern sowie für den Aufbau notwendiger Importinfrastruktur zu erhöhen.

Es ist notwendig, eine resiliente, das heißt nachhaltige, stabile, sichere und diversifizierte, Versorgung mit ausreichend Wasserstoff und Wasserstoffderivaten sicherzustellen, um die Dekarbonisierung der deutschen Wirtschaft voranzubringen und die nationalen Klimaschutzziele einzuhalten. Die Sicherung von ausreichenden und resilienten Wasserstoffimporten ist vor diesem Hintergrund im strategischen Interesse Deutschlands. Gleichzeitig sind bei der Umsetzung der Importstrategie neben wirtschafts- und energie- sowie klima- und umweltpolitischen Aspekten auch außen- und sicherheits-, entwicklungs- sowie Europa- und nachbarschaftspolitische Wirkdimensionen zu berücksichtigen.

Die Strategie geht von einem Bedarf von 95-130 TWh Wasserstoff und Wasserstoffderivaten bis 2030 aus, von denen 50-70 Prozent importiert werden müssen. Der Bedarf wird voraussichtlich bis 2045 auf 360-500 TWh für Wasserstoff und 200 TWh für Derivate steigen. Dabei wird erwartet, dass bis zum Jahr 2030 Wasserstoff und seine Derivate insbesondere in der Industrie, bei schweren Nutzfahrzeugen sowie zunehmend im Luft- und Schiffsverkehr und im Stromsektor eingesetzt werden. Ziel der Bundesregierung ist es, auf Dauer eine zuverlässige Versorgung mit grünem Wasserstoff und seinen Derivaten zu erreichen. Um den notwendigen raschen Wasserstoffhochlauf zu ermöglichen, bezieht die Importstrategie auch kohlenstoffarmen Wasserstoff und seine Derivate in die Bedarfsdeckung mit ein.

Die Importstrategie für Wasserstoff und Wasserstoffderivate zeigt Rahmenbedingungen, Maßnahmen und Instrumente entlang der gesamten Wertschöpfungskette auf, bestehend aus:

• Diversifizierung der Produktpalette: Mit der Importstrategie macht die Bundesregierung ihre Unterstützung für eine diverse Produktpalette, einschließlich Wasserstoff und verschiedenen Derivaten wie Ammoniak und Methanol, deutlich.
• Diversifizierung der Lieferquellen: Die Bundesregierung strebt eine breite Diversifizierung der Lieferquellen an und kooperiert in bi- und multilateralen Formaten mit zahlreichen Partnerländern und -regionen rund um die Welt. Bestandteil dieser Strategie sind mehr als 30 Energie- und Klimapartnerschaften, diverse spezifische Wasserstoff-Partnerschaften sowie die Entwicklung von mehreren innereuropäischen Importkorridoren, die sich aktuell im Nordseeraum, im Ostseeraum, in Südwesteuropa sowie in Südeuropa abzeichnen.

Den Ausgangspunkt der Importkorridore bilden

• grenzüberschreitende EU-Infrastrukturvorhaben,
• Vorhaben von gemeinsamem Interesse (projects of common interest, PCI) und
• Vorhaben von gegenseitigem Interesse (projects of mutual interest, PMI).

PCI--projects of common interest sollen Lücken in der Infrastruktur des europäischen Energienetzes schließen und zeichnen sich durch einen wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Nutzen für mindestens zwei Mitgliedstaaten aus. Als PMI--projects of mutual interest bezeichnete Infrastrukturprojekte verbinden die Energienetze der EU mit denen von Drittländern.

• Transportinfrastruktur: Der grenzüberschreitende Transport von Wasserstoff und seinen Derivaten wird durch den Aufbau von Pipelines für Importe aus Europa und Anrainerstaaten und Importterminals für internationale Importe per Schiff ermöglicht. Neue LNG-Terminals werden so konzipiert, dass sie zukünftig auch Wasserstoffderivate abfertigen können. Über Pipelines wird langfristig der Großteil des heimischen Wasserstoffbedarfs gedeckt werden können, während Schiffstransporte für Derivate bedeutend bleiben. Den Ausgangspunkt des nötigen Infrastrukturaufbaus bildet das deutsche Wasserstoff-Kernnetz, das dem überregionalen Transport innerhalb Deutschlands und der Anbindung an die europäische Wasserstoffinfrastruktur dient. Der Aufbau der Kernnetzes erfolgt schrittweise bis zum Zieljahr 2032, wobei die szenario- und bedarfsorientierte Weiterentwicklung im Rahmen des integrierten Netzentwicklungsplans Gas und Wasserstoff erfolgt.
• Nachfragestärkung: Es wurde eine breite Palette von Förderinstrumenten und Anreizsystemen auf der Nachfrageseite erarbeitet, um Finanzierungslücken bei deutschen Transformationsvorhaben im Bereich Wasserstoff und Wasserstoffderivate zu schließen. Dazu gehören unter anderen
  • die Klimaschutzverträge (KSV),
  • die Bundesförderung Industrie und Klimaschutz (BIK),
  • die IPCEI Wasserstoff,
  • das Kraftwerkssicherheitsgesetz sowie
  • die Quoten der RED III.
    So wird ein zuverlässiger Nachfragemarkt in Deutschland etabliert, was auf Produktionsseite die Abnahmesicherheit verbessert und Investitionsentscheidungen erleichtert.
• Angebotsförderung: Ergänzend unterstützt die Bundesregierung die Bank- und Wettbewerbsfähigkeit von internationalen Wasserstoff-Projekten mit Finanzierungs- und Garantieinstrumenten. H2Global ist ein zentrales Instrument der Bundesregierung, da es den internationalen Wasserstoffeinkauf ermöglicht. Außerdem wirkt die Bundesregierung auf die internationale Verfügbarkeit von Wasserstoff hin, unter anderen durch
  • die Weiterentwicklung der Europäischen Wasserstoffbank (EHB),
  • die Aufstockung des Green Hydrogen Funds sowie
  • Gründung des PtX-Entwicklungsfonds.
    Ergänzt wird die angebotsseitige Förderung durch Instrumente der Außenwirtschaftsförderung, beispielsweise Exportkreditgarantien, Investitionsgarantien oder ungebundene Finanzkredite (UFK).
• Nachhaltigkeitsstandards: Die Bundesregierung verpflichtet sich zur Etablierung, Einhaltung und gegebenenfalls Weiterentwicklung von Nachhaltigkeitsstandards, um sicherzustellen, dass sich der Hochlauf des internationalen Wasserstoffmarkts nicht negativ auf die globale Energiewende auswirkt. Deutschland orientiert sich hierbei am europäischen Rechtsrahmen und arbeitet im Dialog mit internationalen Partnerinnen und Partnern an der Weiterentwicklung und Einhaltung dieser Standards. Auch die Carbon-Management-Strategie wird hierzu einen Beitrag.

Bild vergrößern

Das genehmigte Wasserstoff-Kernnetz sieht Maßnahmen mit einer Leitungslänge von 9.040 Kilometern vor. Davon sind rund 60 Prozent Umstellungsleitungen, also solche, die derzeit noch Erdgas transportieren. Umstellungsleitungen können schneller in Betrieb genommen werden und sind kostengünstiger und ressourcenschonender als Neubauleitungen. Neben der Anbindung zentraler Industriestandorte sind die regionale Ausgewogenheit und die Einbettung in die europäische Wasserstoffinfrastruktur wichtige Ziele, die mit dem Kernnetz erreicht werden sollen. So werden alle Bundesländer an das Kernnetz angebunden und über Grenzübergangspunkte soll Wasserstoff per Pipeline importiert werden. Erste Leitungen des Kernnetzes sollen bereits im Jahr 2025 in Betrieb gehen – der Aufbau erfolgt schrittweise bis zum Zieljahr 2032. Das Wasserstoff-Kernnetz ist nicht die finale Ausbaustufe, sondern der erste Schritt zum Aufbau des Transportnetzes in einem sich entwickelnden Markt. Dieses Grundgerüst soll durch die integrierte Netzentwicklungsplanung für Gas und Wasserstoff weiterentwickelt werden. Ziel ist es, auf Basis einer turnusmäßigen sowie szenario- und bedarfsbasierten Netzentwicklungsplanung ein leistungsfähiges Wasserstoffnetz aufzubauen.

Wie bei Erdgas und Strom sollen die Wasserstoff-Leitungen des Kernnetzes grundsätzlich vollständig privatwirtschaftlich gebaut, betrieben und durch Entgelte der Nutzerinnen und Nutzer bezahlt werden. Das von der Bundesregierung entwickelte Finanzierungsmodell sieht vor, dass die Netzentgelte gedeckelt werden. Auflaufende Mindereinnahmen der ersten Phase werden durch spätere Mehreinnahmen ausgeglichen, wenn mehr Wasserstoffabnehmerinnen und -abnehmer an das Netz angeschlossen sind. Die Zwischenfinanzierung erfolgt über ein sogenanntes Amortisationskonto. Damit wird vermieden, dass anfangs zu hohe Netzentgelte, den Hochlauf der Wasserstoff-Wirtschaft gefährden. Und privatwirtschaftliche Investitionen in die Netzinfrastruktur werden so angereizt.

Weitere Informationen in den FAQs und in den "Kriterien zur Festlegung des Wasserstoff-Kernnetz-Szenarios".

Hier finden Sie weiterführende Informationen zu den Förderinstrumenten des BMWE für den internationalen Wasserstoffhochlauf.