Grün, grau, golden: Warum Wasserstoff verschiedene Farben hat

Die Farben kennzeichnen die Produktionsmethode von Wasserstoff und zeigen an, wie klimafreundlich das Herstellungsverfahren ist. Wasserstoff ist für die Energiewende interessant, weil er nicht nur nahezu klimaneutral erzeugt werden kann, sondern auch bei seiner Nutzung, etwa bei der Verbrennung in Gaskraftwerken, keine klimaschädlichen Abgase entstehen. Ausgestoßen wird lediglich Wasserdampf. Doch die Emissionsbilanz und damit auch die Klimawirkung von Wasserstoff sind je nach Produktionsmethode unterschiedlich. Sie hängen stark von den Energieträgern ab, die für die Wasserstoffgewinnung eingesetzt werden. Die unterschiedlichen Farbbezeichnungen stehen für die verschiedenen Herstellungswege und damit auch den jeweiligen CO₂-Fußabdruck des erzeugten Wasserstoffs.

Auch weißer beziehungsweise goldener Wasserstoff gelten als klimafreundliche Varianten. Die Farbbezeichnungen werden weitgehend synonym verwendet und bezeichnen natürliche Wasserstoffvorkommen, die ohne industriellen Herstellungsprozess in eisenhaltigen Gesteinsschichten entstehen. Geologischer Wasserstoff ist ein Primärenergieträger, der ähnlich wie Erdgas gefördert werden muss und direkt genutzt werden kann. Da keine aufwendigen chemischen Umwandlungsprozesse notwendig sind, ist seine Gewinnung mit einem geringen CO₂-Fußabdruck verbunden. Forschende gehen davon aus, dass weltweit enorme natürliche Wasserstoffvorkommen vorhanden sind. Sie sind jedoch noch nicht ausreichend erforscht und Technologien für die Förderung sind noch nicht kommerziell verfügbar.

Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung fossiler Brennstoffe, vor allem von Erdgas, gewonnen. Unter hohem Druck und großer Hitze wird Erdgas mit Wasserdampf chemisch aufgespalten. Dabei entstehen Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Das Verfahren ist derzeit am weitesten verbreitet. Der Prozess verursacht jedoch erhebliche CO₂-Emissionen, die ungenutzt in die Atmosphäre gelangen. Grauer Wasserstoff ist daher nicht klimaschonend und steht zunehmend in der Kritik.

Schwarzer und brauner Wasserstoff entstehen durch thermochemische Umwandlung von Steinkohle (schwarz) beziehungsweise Braunkohle (braun). Diese werden bei hohen Temperaturen gespalten und durch die Zugabe von Sauerstoff oder Wasserdampf in den gewünschten Energieträger umgewandelt. Bei der Herstellung von schwarzem oder braunem Wasserstoff werden große Mengen CO₂ sowie weitere Schadstoffe freigesetzt, die nicht abgeschieden werden. Damit zählen sie zu den klimaschädlichsten Formen der Wasserstofferzeugung.

Pinker und gelber Wasserstoff entstehen im Elektrolyseverfahren. Der Strom stammt jedoch nicht aus erneuerbaren Energien, sondern aus konventionellen Kraftwerken. Pinker Wasserstoff nutzt Energie aus Kernkraftwerken, gelber den allgemeinen Strommix aus erneuerbaren und fossilen Energien. So entstehen bei der Herstellung von pinkem Wasserstoff keine direkten Emissionen, bei gelbem Wasserstoff ist der CO₂-Fußabdruck vom Anteil erneuerbarer und fossiler Energien im Strommix abhängig. Deutschland ist jedoch 2023 endgültig aus der Kernkraft ausgestiegen, so dass pinker Wasserstoff als inländische Produktionsoption ausscheidet. International bleibt die Variante jedoch Teil der Wasserstoffdebatte, beispielsweise in Frankreich.

Anders ist die Situation beim orangenen Wasserstoff. Für seine Produktion wird Strom aus Abfallverwertungsanlagen wie Müllheizkraftwerken oder aus Biomasse verwendet. Auch er gilt als Übergangslösung – etwa um den Fuhrpark von Entsorgungsunternehmen zu dekarbonisieren – bis langfristig ausreichend grüner Wasserstoff zur Verfügung steht.

Die Emissionsintensität der unterschiedlichen Wasserstofffarben hängt vom Herstellungsverfahren sowie dem verwendeten Strommix ab. Die Studienlage ist vielfältig, Werte beziehen je nachdem nur die Produktion oder aber den gesamten Lebenszyklus ein – inklusive vorgelagerter Emissionen wie sie etwa bei der Erdgasförderung und dem Transport entstehen. Ein Überblick über Einordnungen und Durchschnittswerte:

Grüner Wasserstoff bleibt das Ziel, perspektivisch könnten auch weiße beziehungsweise goldene Wasserstoffvorkommen erschlossen werden. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien und wachsenden Elektrolysekapazitäten wird grüner Wasserstoff zunehmend verfügbar und wettbewerbsfähiger. Weiße beziehungsweise goldene Vorkommen könnten eine ergänzende Rolle spielen, sobald Forschung und Fördertechnologien weiter ausgereift sind.

Noch liegt das Ziel einer klimafreundlichen Wasserstoffgesellschaft jedoch in weiter Ferne. Grauer Wasserstoff dominiert die weltweite Produktion. Blauer und türkiser Wasserstoff gelten derzeit als Brückentechnologien. Technische und wirtschaftliche Herausforderungen sowie der Klimanutzen dieser Herstellungsarten werden allerdings immer wieder kontrovers diskutiert.

Die EnBW arbeitet an unterschiedlichen Standorten bereits aktiv an der Wasserstoffzukunft und stellt ihre Kraftwerke im Rahmen ihrer Fuel-Switch-Projekte um: Zunächst von Kohle auf Erdgas, gleichzeitig schafft sie dabei aber schon heute die technischen Voraussetzungen, um sie künftig vollständig mit Wasserstoff betreiben zu können.