Erdgas und -öl sind ein Gruß aus einer fernen Vergangenheit: Mehrere hundert Millionen Jahre hat es gedauert, bis am Grund urzeitlicher Ozeane aus abgestorbener Biomasse die Energieträger entstanden sind, mit denen wir heute Häuser heizen, Motoren antreiben und Industrieprodukte herstellen. Doch es geht auch viel, viel schneller. Denn Gas und Öl lassen sich ebenso auf künstlichem Wege herstellen - aus Wasserstoff und Kohlenstoff, die in einer Raffinerie zu allerlei Brenn- und Treibstoffen zusammengesetzt werden können. Charme hat dieses Verfahren vor allem deshalb, weil synthetisches Erdgas und Heizöl wie auch Benzin, Diesel oder Kerosin klimaneutral sind, wenn sie mit grünem Wasserstoff produziert werden. Das Label "Grün" darf Wasserstoff tragen, der aus einem mit Ökostrom betriebenen Elektrolyseur stammt. Mit dem Strom spaltet die Anlage Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Die Elektrolyse gehört zu den Schlüsseltechnologien für den Klimaschutz: Grüner Wasserstoff, pur oder zu synthetischen Brenn- und Treibstoffen verarbeitet, soll eines Tages Öl, Erdgas und Kohle überflüssig machen.
Für eine klimafreundliche Wärmeversorgung ist Wasserstoff auf Dauer unverzichtbar, meint Andreas Lücke, Hauptgeschäftsführer des Heiztechnik-Verbandes BDH. "Wenn wir wie im Green Deal der EU vorgesehen die CO₂-Emissionen bis 2030 um 50 bis 55 Prozent senken wollen, reicht es nicht aus, alte Gas- und Ölheizungen zu modernisieren. Wir brauchen vielmehr auch einen anderen Energie- und Technologiemix im Wärmemarkt", erklärt er. Dazu zähle neben Wärmepumpen sowie Holz und Biogas auch Wasserstoff, in reiner Form oder als synthetisches Gas. Dabei hat Lücke allerdings nicht nur grünen, sondern auch blauen Wasserstoff im Visier, der aus Erdgas gewonnen wird. Das dabei entstehende Kohlendioxid wird abgeschieden und in unterirdischen Felsformationen gelagert. Damit kann es nicht in die Atmosphäre gelangen. Dieses Verfahren muss jedoch erst noch erprobt werden.
Wasserstoff ist sehr reaktionsfreudig. Er könnte die Heizkessel beschädigen
In Kleinstmengen wird bereits heute synthetisches, mit grünem Wasserstoff hergestelltes Gas in die Netze gespeist - so im brandenburgischen Falkenhagen, wo die ehemalige Eon-Tochter Uniper eine Testanlage betreibt. Die Produktion des klimaneutralen Brennstoffs hat jedoch den Makel, dass dabei etwa ein Fünftel der im Wasserstoff enthaltenen Energie verloren geht. Effizienter wäre es deshalb, den Wasserstoff direkt zu verwenden, etwa indem man ihn konventionellem Erdgas beimischt. Allerdings ist Wasserstoff sehr reaktionsfreudig. Um Schäden an Heizkesseln und anderen technischen Anlagen zu vermeiden, dürfen dem Erdgas deshalb in der Regel maximal knapp zehn Prozent Wasserstoff zugegeben werden. In der Praxis ist diese Marke bislang jedoch ohne Bedeutung, da abgesehen von einigen wenigen Pilotprojekten noch kein grüner Wasserstoff ins Erdgasnetz gespeist wird. Nichtsdestotrotz rüsten sich die Heiztechnik-Hersteller bereits für höhere Quoten. "Neue Gas-Brennwertkessel können Wasserstoff-Anteile von zwanzig oder dreißig Prozent vertragen", sagt Lücke.
Heizungshersteller wie Viessmann oder Bosch/Buderus setzen darüber hinaus aber noch auf eine weitere wasserstoffbasierte Technologie: auf Brennstoffzellen. Sie funktionieren nach dem Prinzip einer umgekehrten Elektrolyse - Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Dabei entstehen Strom und Wärme. "Derzeit werden etwa 2500 Brennstoffzellen-Heizungen pro Jahr verkauft, mit steigender Tendenz", sagt Lücke. In Langweid bei Augsburg zum Beispiel hat der lokale Bauträger Dumberger eine neue Doppel- und Reihenhaussiedlung damit ausstatten lassen. Dreißig Brennstoffzellen sind bereits in Betrieb, dreißig weitere sollen in den nächsten Monaten dazu kommen. Da die Anlagen nur einen kleinen Teil des Wärmebedarfs decken können, sind zusätzlich konventionelle Heizkessel installiert. "Beim Strom hingegen versorgen die Brennstoffzellen die Haushalte zu sechzig bis siebzig Prozent", berichtet Jens Dammer vom örtlichen Versorger Erdgas Schwaben, der das Energiekonzept für die Siedlung entworfen hat. Der Bund fördert die Anlagen mit Zuschüssen und einem Bonus für den produzierten Strom.
Zwar gelten Brennstoffzellen-Heizungen wegen der Kombination von Strom- und Wärmeerzeugung als vergleichsweise klimafreundlich. Klimaneutral sind sie jedoch nicht, da sie nicht mit grünem Wasserstoff arbeiten, sondern mit solchem, den die Anlage aus fossilem Erdgas gewinnt. Dammer sieht das Erdgas als Brücke auf dem Weg zur Klimaneutralität: "Wenn genug grüner Wasserstoff oder synthetisches Erdgas verfügbar sind, dann kann man die Brennstoffzellen-Heizungen ganz ohne CO₂-Emissionen betreiben."
Doch ob mit einer Brennstoffzelle oder einem Heizkessel: Ist das Heizen mit grünem Wasserstoff klimapolitisch und volkswirtschaftlich sinnvoll? Schließlich wird das Gas auch in der Industrie, im Verkehr und für die Stromversorgung benötigt - und zwar in solch großen Mengen, dass sich wegen des Stromverbrauchs der Elektrolyse selbst bei stark beschleunigtem Ausbau von Photovoltaik und Windenergie langfristig nur 20 bis 25 Prozent des Bedarfs aus heimischer Produktion decken lassen. Das zeigen mehrere Studien, etwa der Deutschen Energie-Agentur dena. Der überwiegende Teil muss aus Ländern importiert werden, in denen bessere Bedingungen für die Erzeugung von Ökostrom herrschen.
Dazu zählen vor allem Nord- und Westafrika und der arabische Raum. Bis genug Produktionskapazitäten im In- und Ausland geschaffen sind, um Industrie, Verkehr, Strom- und Wärmeversorgung gleichermaßen zu bedienen, vergehen noch Jahrzehnte. "Der Bedarf an grünem Wasserstoff wird für lange Zeit größer sein als das Angebot", sagt Matthias Deutsch von der Berliner Denkfabrik Agora Energiewende. "Wir sollten ihn deshalb dort einsetzen, wo es mit Blick auf den Klimaschutz auf absehbare Zeit keine Alternativen gibt." Dazu gehörten vor allem die Stahl- und Chemieindustrie sowie der Flug- und Schiffsverkehr. Zudem würden die Öko-Brennstoffe langfristig auch gebraucht, um in Gasturbinen und -motoren Strom zu erzeugen, wenn einmal Windräder und Photovoltaik-Anlagen über Tage hinweg keinen Strom liefern können.
Für den Klimaschutz im Gebäudesektor sehen Experten bessere Möglichkeiten
Für den Klimaschutz im Gebäudesektor sieht Deutsch dagegen bessere Hebel. "Der erste Schritt sollte sein, mit Dämm- und anderen Maßnahmen dafür zu sorgen, dass weniger Wärme durch die Gebäudehülle entweicht", erklärt der Experte. Wie der verbleibende Bedarf gedeckt werden sollte, hänge von Gebäudetyp und -standort ab: Bei den meisten Ein- und Zweifamilienhäusern sowie bei vielen Gewerbeimmobilien hält Deutsch strombetriebene Wärmepumpen für die beste Lösung; bei Mehrparteienhäusern in Innenstädten eine Anbindung an Wärmenetze, die in Zukunft vorrangig von Solarthermie-Anlagen, Groß-Wärmepumpen sowie der Abwärme von Industriebetrieben gespeist werden.
Allenfalls in Nischen hat das Heizen mit Wasserstoff für ihn seine Berechtigung. "Manche Gebäude können nicht gedämmt werden, etwa weil sie unter Denkmalschutz stehen. Deshalb kommen Wärmepumpen hier teilweise nicht in Frage. In solchen Fällen kann es durchaus sinnvoll sein, Gaskessel mit grünem Wasserstoff oder synthetischem Erdgas zu betreiben", so Deutsch. Auch Hybridlösungen seien im Einzelfall eine Option - Wärmepumpen könnten mit Heizkesseln ergänzt werden, die klimaneutrale Brennstoffe nutzen. Sie werden an besonders kalten Tagen zugeschaltet.
Und das Heizen mit Brennstoffzellen? "Mit grünem Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen sind - ähnlich wie Gasbrennwertkessel - grundsätzlich nicht zu empfehlen, weil die Anlagen verglichen mit einer elektrischen Wärmepumpe äußerst ineffizient sind", sagt Deutsch. Denn Wärmepumpen verwenden den Strom, um Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser nutzbar zu machen. Aus zwei Kilowattstunden Strom werden so etwa sechs Kilowattstunden Wärme, so der Experte. "Brennstoffzellen und Gaskessel halbieren dagegen zwei Kilowattstunde Strom - eingesetzt für die Produktion des Wasserstoffs - auf eine Kilowattstunde nutzbare Energie."