Bei der Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff (Wasserelektrolyse) können grundsätzlich zwei Verfahrensvarianten unterschieden werden: Niedertemperatur-(NT)-Elektrolyse und Hochtemperatur-(HT)-Elektrolyse: Die Niedertemperatur-Elektrolyse findet bei Temperaturen zwischen 50 °C und 80 °C statt und ist relativ unempfindlich gegenüber wechselnden Lasten. In der Literatur wird der Wirkungsgrad mit ca. 65 % angegeben. Durch kontinuierliche Verbesserungen im Verfahren soll der Wirkungsgrad bis 2030 auf etwas mehr als 70 % erhöht werden. Zurzeit sind NT-Elektrolyseure im einstelligen MW-Bereich als Demonstrator-Anlagen verfügbar [Bünger, U. et al. (2017), S. 334], [Heinemann, C. et al. (2019), S. 17 f.].

Die Hochtemperatur-Elektrolyse wird bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C durchgeführt und eignet sich daher nicht für Lastwechsel. Dafür weisen HT-Elektrolyseure im Vergleich zu NT-Elektrolyseuren die höheren Wirkungsgrade auf: zurzeit liegen diese bei 81 %. [Bünger, U. et al. (2017), S. 334], [Heinemann, C. et al. (2019), S. 18].

Die Nutzung von regenerativ produzierter elektrischer Energie zur Herstellung von Wasserstoff und weiterer strombasierter Stoffe kann somit künftig zum Klimaschutz beitragen, da hierbei gänzlich auf den Einsatz fossiler Stoffe verzichtet wird. Allerdings liegen die Energieverluste, die bei Herstellung, Transport und Speicherung strombasierter Stoffe auftreten, zwischen 40 % und 55 %. Doch lassen sich die Verluste aufgrund von Prozessverbesserungen künftig auf 30 % bis max. 50 % reduzieren. [Heinemann, C. et al. (2019), S. 16]

Daher gilt die Herstellung und Verwendung von grünem Wasserstoff und weiteren strombasierten Stoffen als Substitut von fossilbasierten Stoffen erst dann als zuträglich für den Klimaschutz, sobald Maßnahmen wie Effizienzsteigerungen bestehender Prozesse und Nachfragevermeidung zum Tragen gekommen sind und ausgereizt wurden [Heinemann, C. et al. (2019), S. 8].

Literatur: 

Bundesministerium für Bildung und Forschung - BMBF (2020): Eine kleine Wasserstoff-Farbenlehre [online]. BMBF, 07.01.2022 [abgerufen am: 07.01.2022].

Bünger, U.; Michalski, J.; Schmidt, P. und Weindorf, W. (2017): Wasserstoff – Schlüsselelement von Power-to-X. In: Töpler, J. und Lehmann, J., Hg. Wasserstoff und Brennstoffzelle. 2. Auflage, Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg.

Heinemann, C.; Kasten, P.; Bauknecht, D.; Bracker, F. J.; Bürger, V.; Emele, L.; Hesse, T.; Kühnle, S.; Seebach, D. und Timpe, C. (2019): Die Bedeutung strombasierter Stoffe für den Klimaschutz in Deutschland. Öko-Institut e.V., Freiburg i. Br. [abgerufen am: 22.12.2021].