Des Weiteren ist Wasserstoff das chemische Element mit der geringsten Atommasse. Der atomare Wasserstoff H kommt in unserem Alltag allerdings nicht vor, hingegen der molekulare Wasserstoff schon: H2, ein unsichtbares, farb- und geschmackloses sowie ungiftiges Gas (mehr zum chemischen Element auf Wikipedia). Es ist 14x leichter als Luft und hat eine sehr tiefe volumetrische Energiedichte (Energie pro m3). Wasserstoff enthält pro Masse sehr viel Energie (Brennwert), etwa 3x mehr als Benzin oder 7x mehr als Holzpellets.

Wasserstoff kann über diverse Wege gewonnen werden. Die heute weitverbreitetste Methode ist die Dampfreformierung von Erdgas. Dabei wird Erdgas (CH4) erhitzt, aufgespalten und reagiert mit dem Wasserdamfp; es entsteht dabei sogenannter grauer Wasserstoff und es wird CO2 emittiert. Wird das anfallende CO2 eingefangen und permanent gelagert, nennt man den Wasserstoff blau und er ist entsprechend CO2 arm. Heute erfolgt dies sehr selten. Eine weitere Methode verwendet Wasser und nicht Erdgas als Ausgangsstoff. Das Wasser wird mittels Elektrolyse in Wasser- und Sauerstoff aufgespalten. Ist der dazu verwendete Strom erneuerbar, nennt sich der so gewonnene Wasserstoff grün.

Da sowohl Transport wie auch Lagerung von Wasserstoff umständlich sind, kann dieser zu einfacher handzuhabenden Produkten weiterverarbeitet werden. Eine Möglichkeit besteht darin, der Umgebungsluft Stickstoff zu entnehmen und den Wasserstoff mit diesem zu Ammoniak zu verarbeiten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, der Umgebung CO2 zu entnehmen und den Wasserstoff damit entweder zu Methan oder Methanol zu verwandeln. Diese Derivate können als Energieträger oder als chemische Ausgangsstoffe verwendet werden. 

Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Wasserstoff wieder in Strom umzuwandeln, was im nächsten Abschnitt erklärt ist. Es ist jedoch hervorzuheben, dass jeder Umwandlungsschritt mit Effizienzverlusten verbunden ist.

Umwandlung in Elektrizität

Die erneute Umwandlung von Wasserstoff in Elektrizität kann entweder thermomechanisch erfolgen oder in einer Brennstoffzelle. Diese Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Apparat zur direkten Umwandlung der chemischen Energie eines Brennstoffs in Elektrizität.

Ähnlich wie Batterien produzieren Brennstoffzellen Gleichstrom bei niedriger Spannung. Eine Batterie verbraucht dabei einen chemischen Stoff, der in dem Zellenblock selbst enthalten ist. Bei den Brennstoffzellen dagegen wird der Brennstoff dem Zellenblock kontinuierlich zugeführt, ähnlich wie Benzin- oder Dieselkraftstoff bei einem Verbrennungsmotor.

Kraftwerk Reichenau (2,5 MW)

Nach dem Baubewilligungsverfahren haben Axpo und Rhiienergie am 23. Januar 2023 die Bauarbeiten der 2.5 MW-Wasserstoffproduktionsanlage beim Wasserkraftwerk Reichenau begonnen. Die Anlage wird direkt ans Wasserkraftwerk Reichenau angeschlossen, an welchem Axpo eine Mehrheitsbeteiligung hält. Sie wird mit Schweizer Wasserkraft jährlich bis zu 350 Tonnen grünen Wasserstoff produzieren. Das entspricht rund 1,5 Millionen Liter Dieseltreibstoff, der künftig im Kanton Graubünden und im angrenzenden Rheintal eingespart werden kann. Der grüne Wasserstoff wird von der Produktionsanlage direkt an Tankstellen geliefert. Alternativ kann er auch einen Beitrag zur Dekarbonisierung von Industriebetrieben leisten. Die Inbetriebnahme ist für Herbst 2023 geplant. Axpo und Rhiienergie investieren gemeinsam mehr als acht Millionen Franken in die Anlage im Kanton Graubünden.

Kraftwerk Wildegg-Brugg (bis 15 MW)

Am Industriestandort Wildischachen in Brugg (AG) soll eine weitere klimafreundliche Wasserstoffproduktionsanlage entstehen, die gleichzeitig die grösste Wasserstoffanlage der Schweiz wird. Axpo, Voegtlin-Meyer, die IBB Energie AG (IBB) und die Stadt Brugg haben entsprechende Absichtserklärungen unterzeichnet. Axpo plant, sauberen Wasserstoff aus einheimischer Wasserkraft direkt via Pipeline zur nahegelegenen Tankstelle von Voegtlin-Meyer zu liefern. Von dort aus wird der grüne Wasserstoff privaten Nutzern zur Verfügung gestellt und für die im Auftrag der PostAuto AG be-triebenen Busse eingesetzt werden. Mit der produzierten Menge können jährlich rund 300 Lastwagen, Postautos oder Busse betrieben werden.

43-Prozent-Beteiligung an Swiss Green Gas International 

Axpo ist zu 43% an Swiss Green Gas International, kurz SGGI, beteiligt. Das 2020 gegründete Gemeinschaftsunternehmen plant und realisiert Power-to-X-Anlagen in Nordeuropa (mehr zur Power-To-X auf Wikipedia). Die Anlagen erzeugen aus erneuerbarem Strom Wasserstoff und synthetisches Methan (grünes Gas). Damit soll der dringend beschleunigte Ausstieg aus den fossilen Energieträgern gefördert werden. Weitere Aktionäre von SGGI sind Holdigaz, die vorwiegend die Kantone Waadt, Wallis und Freiburg mit Gas versorgt, und Nordur Group, eine Entwicklungs- und Investitionsgesellschaft.

Pilotprojekt in Italien zusammen mit ABB 

Zusammen mit ABB plant Axpo die Entwicklung eines Pilotprojekts in Italien. In dessen Rahmen sollen Technologien entlang der gesamten Lieferkette von grünem Wasser-stoff erforscht und die Machbarkeit in der Produktion getestet werden. Die Absichtserklärung umfasst auch die Beteiligung an Forschungs- und Entwicklungsprojekten, die von der Europäischen Union finanziert werden, sowie die Unterstützung bei Finanzierungen.

Welche Lösungen Axpo ihren Kunden anbietet, sind im Kunden-Bereich zu sehen.

Wie Strom ist auch Wasserstoff nicht per se grün. Je nach Herstellungsart wird der Wasserstoff anders benannt. Eine kleine Farbenlehre:

Wasserstoff ist somit für die Energiewende unumgänglich. Erstens erlaubt er es, schwer zu elektrifizierende Bereiche wie den Transport (z.B. Gütertransport, Schiff- und Flugverkehr) zu entkarbonisieren. Zweitens kann er als Energieträger dazu dienen, Strom aus erneuerbaren Energien zu lagern und in Form von Derivaten über lange Strecken zu transportieren. Dies erlaubt die Produktion erneuerbarer Energie an den günstigsten Standorten und die zeitliche Entkopplung vom Verbrauch.

Nicht überall gleich sinnvoll

Wasserstoff soll dort zum Einsatz kommen, wo eine Elektrifizierung als Ersatz fossiler Energieträger nicht wirtschaftlich oder prozesstechnisch nicht möglich ist.

Ein paar Beispiele

Eine energetisch sinnvolle Herstellung aus Wasserstoff ist Ammoniak. Die Verbindung von Wasser- und Stickstoff wird vor allem als Düngemittel eingesetzt, aber auch in der Chemieindustrie beispielsweise zur Kunststoffproduktion.

Auch zur Erzeugung von Industriewärme eignet sich Wasserstoff – also die zum Be-trieb von Maschinen oder für chemische Prozesse nötige hohe Hitze, die laut Internationaler Energieagentur IEA zwei Drittel des industriellen Energiebedarfs ausmacht und bisher praktisch komplett aus fossilen Brennstoffen stammt.

Ein weiteres Beispiel ist die Stahlproduktion, wo grosse Mengen an CO2 anfallen: Um Stahl aus Erz zu lösen, soll Wasserstoff statt der heute genutzten Kokskohle eingesetzt werden. 

Auch dort, wo lange Distanzen zurückgelegt werden müssen, gilt Wasserstoff als Option. Der Flugzeugkonzern Airbus etwa plant, ab 2035 Wasserstoff-Flugzeuge in Serie zu produzieren. Weiter kann Wasserstoff das Schweröl in Schiffen oder den Diesel in Lastwagen ersetzen. Bei PKWs dürfte sich der Einsatz von Wasserstoff eher nicht rechnen.  

Und: Mit Wasserstoff und seiner Speicherfähigkeit in Form seiner Derivate lassen sich Angebot und Nachfrage beim Strom ausgleichen, die mit dem Ausbau der erneuerba-ren Energien vermehrt in Einklang gebracht werden müssen – ein Beitrag zur Versorgungssicherheit mit Strom.