Wasserstoff und die chemische Industrie

Autor: Alex Böser, Senior Innovation Lead Chemistry @ 5-HT Chemistry & Health

Einleitung

Wasserstoff ist nicht gerade ein neues Thema: Seit vielen Jahren ist er Teil von Konzepten und Initiativen, die sich um eine grünere und nachhaltigere Zukunft für die Industrie - und die Menschheit im Allgemeinen - drehen. Einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) zufolge gehören China, die Vereinigten Staaten und Japan zu den drei Ländern, die am meisten in die Wasserstoffinfrastruktur investieren [1]. In Europa fördern auch Deutschland, Frankreich und das Vereinigte Königreich aktiv die Nutzung von Wasserstoff als saubere Energiequelle.

Doch die Energietechnologie entwickelt sich schnell weiter und wird durch den weltweiten Übergang zu einer nachhaltigen und dekarbonisierten Wirtschaft und Kultur beschleunigt. Darüber hinaus haben die jüngsten Wahlen und politischen Debatten die Diskussion über die Machbarkeit der Nutzung von Wasserstoff wieder ins Rampenlicht gerückt:

Unmittelbar nach seinem Amtsantritt legt US-Präsident Donald Trump die US-Förderprogramme für sauberen Wasserstoff auf Eis, um den „Green New Deal“ der Präsidentschaft Biden zu beenden [2],
Der deutsche Kanzlerkandidat Friedrich Merz sagte auf einer Konferenz im Januar 2025, dass er es nicht für möglich hält, bald auf eine wasserstoffbasierte Stahlproduktion umzusteigen [3]. Er fügte auch die Frage hinzu, woher dieser Wasserstoff überhaupt kommen soll, da Deutschland ihn „nicht hat“. Und selbst wenn „wir Wasserstoff [für die Stahlproduktion] verwenden würden, dann wäre eine Tonne Stahl immer noch 300 Euro teurer im Vergleich zu den konventionellen Produktionsmethoden“. Interessanterweise redigierte er später seine Aussagen, nachdem er viel Kritik erhalten hatte.

Abgesehen von politischen Agenden und Wahldebatten hat sich Wasserstoff zu einem Eckpfeiler der weltweiten Strategien für saubere Energie entwickelt. Seine Vielseitigkeit als Energieträger, Brennstoff und Ausgangsstoff führt zu einer Vielzahl theoretischer und praktischer Anwendungsszenarien. Viele dieser Anwendungsszenarien sind besonders wertvoll für die chemische Industrie, die bei der Dekarbonisierung vor besonderen Herausforderungen steht.

Im Jahr 2025 liegt der Schwerpunkt auf der Rolle der chemischen Industrie bei der Nutzung von Wasserstoff als Schlüsselressource und Motor für technologische Innovationen [4-6].

Alle wollen also Wasserstoff - aber woher kommt der Wasserstoff?

Kunterbunte Ressource: Das Wasserstoff-Spektrum

Atomarer Wasserstoff ist das erste Element im Periodensystem und das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Aber der „Wasserstoff“, von dem die Industrie, die Medien und dieser Artikel sprechen, ist genauer gesagt molekularer Wasserstoff (H2), der aufgrund seiner hohen Reaktivität nur selten in den natürlichen Vorkommen der Erde zu finden ist. Daher muss Wasserstoff aus leichter verfügbaren Verbindungen wie Wasser oder Kohlenwasserstoffen unter Einsatz verschiedener Energiemengen hergestellt werden.

Bei diesen Produktionsmethoden wird Wasserstoff in verschiedene „Farben“ eingeteilt, die jeweils seine Umweltauswirkungen widerspiegeln [7-11]:

Grauer Wasserstoff: Diese Methode wird aus Erdgas oder Methan durch Methan-Dampfreformierung (Reaktion von Methan mit Hochtemperaturdampf zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlendioxid) hergestellt und ist derzeit die am weitesten verbreitete Methode, die jedoch erhebliche CO2-Emissionen verursacht. Folglich ist grauer Wasserstoff derzeit die bei weitem am häufigsten verwendete Wasserstoffart.
Grüner Wasserstoff: Wird durch Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung von erneuerbarem Strom erzeugt und ist somit völlig kohlenstofffrei. Auch die thermochemische Wasserspaltung ist eine vielversprechende Technologie zur Erzeugung von grünem Wasserstoff, bei der Wasser mit Hilfe von Wärme in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.
Schwarzer und brauner Wasserstoff: Durch die Verwendung von Steinkohle oder Braunkohle im Wasserstoffherstellungsprozess ist schwarzer und brauner Wasserstoff das direkte Gegenteil von grünem Wasserstoff im Wasserstoffspektrum und am umweltschädlichsten.
Blauer Wasserstoff: Wird ähnlich wie grauer Wasserstoff gewonnen, aber mit der Technologie zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff (CCS) kombiniert, um die Emissionen zu verringern.
Türkisfarbener Wasserstoff: Bei dieser durch Methanpyrolyse erzeugten Methode entsteht als Nebenprodukt fester Kohlenstoff und nicht CO2 - was seine Vor- und Nachteile hat.
Rosa und gelber Wasserstoff: Varianten des grünen Wasserstoffs, die auf Kernenergie (rosa) oder Sonnenenergie (gelb) für die Elektrolyse von Wasser angewiesen sind.
Weißer Wasserstoff: Natürlich vorkommender Wasserstoff, der ohne menschliches Zutun gewonnen wird - allerdings ist er noch nicht kommerziell nutzbar.

Es scheint trivial, darauf hinzuweisen, aber die Herkunft (genauer gesagt: die Produktionsmethode) von Wasserstoff steht in direktem Zusammenhang mit der verfügbaren Menge an Wasserstoff, seinem Preis und seiner Nachhaltigkeit. Darüber hinaus sind diese Produktionsmethoden selbst stark von verschiedenen Faktoren abhängig, wie z. B. Skalierbarkeit, Wetterbedingungen, Strompreisen, technologischer Bereitschaft und kritischen Ressourcen, wie z. B. Edelmetallkatalysatoren für die Wasserelektrolyse. Schließlich können einige Produktionsmethoden Wasserstoff vor Ort und auf Abruf erzeugen, während bei anderen der Wasserstoff in irgendeiner Form transportiert werden muss, was eine Transport- und Speicherinfrastruktur erfordert.

Natürlich sind auch diese Probleme und potenziellen Engpässe nicht neu. Die Rolle des Wasserstoffs wird im Rahmen von Dekarbonisierungsstrategien weltweit immer wichtiger, wobei Wasserstofffarben wie Blau und Grün aufgrund ihres Potenzials zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks bei gleichzeitiger Skalierung zur Deckung des Industrie- und Energiebedarfs die größte Aufmerksamkeit erhalten. Länder wie Deutschland, Japan und Australien sind führend bei der Entwicklung von Wasserstoffwirtschaften [12], die viele dieser Probleme angehen.

Nur die Zeit wird zeigen, ob diese Strategien wirklich realistisch sind und in bestimmten Zeiträumen erreicht werden können und welche Farbe von Wasserstoff in Zukunft die Poleposition einnehmen wird.

Die Rolle von Wasserstoff in der chemischen Industrie: Wegweiser der Nachhaltigkeit

Wie wir bereits in unserem Artikel über die Chancen der chemischen Industrie im Jahr 2024 [LINK] festgestellt haben und hier noch einmal betonen: In unserer modernen Welt gibt es keine Alternative zur chemischen Industrie. Sie ist die Basis oder ein integrierter Teil der Wertschöpfungsketten fast aller anderen Industriezweige.

Die gute Nachricht: Es wird immer eine chemische Industrie geben.

Die schlechte Nachricht: Die chemische Industrie muss sich daher stets an das aktuelle Wirtschaftsklima sowie an die Anforderungen und Bedürfnisse ihrer Kunden anpassen. Ihr Status quo muss ständig neu definiert werden.

Und obwohl Anfang 2025 viele globale Unternehmen von ihren zuvor hochgelobten Nachhaltigkeitsinitiativen abrücken (aus verschiedenen Gründen), bleibt der Übergang zu umweltfreundlicheren Energieträgern und Rohstoffen für viele Unternehmen von großer Bedeutung, um Abhängigkeiten in der Lieferkette zu umgehen und Marktschwankungen entgegenzuwirken.

Interessanterweise entfällt ein erheblicher Teil des Wasserstoffverbrauchs auf die chemische Industrie - in erster Linie als Ausgangsstoff für die Ammoniak- und Methanol-Produktion sowie für Raffinerieprozesse. Die Industrie verbraucht jährlich etwa 45 Millionen Tonnen Wasserstoff, was etwa 40 % des gesamten weltweiten Wasserstoffbedarfs entspricht [4].

Im Jahr 2025 ist die Industrie daher in der Lage, bei der Einführung von kohlenstoffarmem Wasserstoff eine Führungsrolle zu übernehmen, da sie sowohl bei der Energie- als auch bei der Materialversorgung auf dieses Molekül angewiesen ist [4]. Darüber hinaus spielt Wasserstoff mit der Verschärfung der gesetzlichen Rahmenbedingungen, der Verlagerung der Verbrauchererwartungen in Richtung Nachhaltigkeit und den fortschreitenden Technologien eine immer wichtigere Rolle bei der Verringerung der Treibhausgasemissionen und der Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks der chemischen Produktion.

Es bleiben jedoch noch einige Herausforderungen für den Übergang bestehen:

Wettbewerbsfähigkeit bei den Kosten: Wie in Abbildung 1 weiter unten dargestellt, schwankt der Wasserstoffpreis pro Kilogramm je nach Region erheblich, und selbst Prognosen für die künftige Preisentwicklung sind schwierig. Darüber hinaus ist grüner Wasserstoff immer noch teurer als aus fossilen Brennstoffen gewonnene Optionen, was finanzielle Hindernisse für eine Branche schafft, die derzeit mit geringen Gewinnspannen und in einer schwachen Wirtschaft arbeitet - insbesondere in Europa [13-14].
Prozessanpassung: Die Einführung von Wasserstoff erfordert entweder Änderungen an bestehenden Anlagen, wie z. B. die Integration von Elektrolyseuren oder Wasserstoffpipelines, oder eine völlig neue Installation von Wasserstoffanlagen. Zwar werden digitale Zwillinge und fortschrittliche Modellierungstechniken eingesetzt, um diese Umstellungen zu optimieren, doch die Einführung von Wasserstoff in die Prozesse erfordert erhebliche Zeit und Investitionen [8].
Regulatorische Landschaft: Die Einhaltung strenger Kohlenstoffreduktionsziele erfordert die Einhaltung komplexer Vorschriften. Leider machen regionale Unterschiede bei den Wasserstoffvorschriften die globalen Wasserstoffversorgungsketten noch komplexer [8, 15].

Die Kombination aus Preisschwankungen, hohen Investitionskosten, einer schwierigen Gesetzeslage und der Abhängigkeit von politischen Agenden verlangsamt den Übergang zur Wasserstoffwirtschaft dramatisch und sorgt für Unsicherheit. Während dieses Problem kleinere Marktteilnehmer zu entmutigen scheint, sind die großen Akteure nach wie vor daran interessiert, die notwendigen Technologien und Infrastrukturen weiterzuentwickeln, um diesen Übergang der Industrie zu gestalten:

In der chemischen Industrie stehen Unternehmen wie Linde, Air Liquide und Shell an der Spitze der Wasserstoffproduktion und -anwendung. Diese Unternehmen haben massiv in die Wasserstoffinfrastruktur investiert, einschließlich Pipelines, Speicheranlagen und Elektrolyseure [16]. Auch das weltgrößte Chemieunternehmen BASF hat vor kurzem öffentliche Mittel für die Errichtung einer großen Wasserstoffproduktionsanlage in Zusammenarbeit mit Siemens Energy erhalten:

Beispiel: Hy4Chem-El, eine Kooperation zwischen BASF und Siemens Energy

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei diesem Projekt um eine Kooperation zwischen BASF und Siemens Energy. Ziel ist die Installation eines 54-MW-Protonen-Austauschmembran-Elektrolyseurs (PEM-Elektrolyseur) mit einer Kapazität von bis zu 8.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr, der mit Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt werden kann.

Die BASF plant, den Output der Anlage in erster Linie als Rohstoff für die Dekarbonisierung ihrer chemischen Produktionsprozesse zu nutzen. Ein kleinerer Teil soll auch für Verkehrsanwendungen in der Nähe des Hauptsitzes in Ludwigshafen verwendet werden. Der Ludwigshafener Elektrolyseur wird nach seiner Inbetriebnahme voraussichtlich einer der größten seiner Art in Deutschland sein, und seine Inbetriebnahme ist für 2025 geplant [17-18].

Wofür genau wird Wasserstoff in der chemischen Industrie benötigt?

Wichtige Anwendungen von Wasserstoff in der chemischen Industrie

Es gibt vier Hauptanwendungen:

Ammoniak-Produktion: Ammoniak ist ein Eckpfeiler der chemischen Industrie und wird hauptsächlich für Düngemittel und als Industriechemikalie verwendet. Traditionell wird Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren unter Verwendung von Wasserstoff aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Grünes Ammoniak gewinnt als nachhaltigere Alternative zunehmend an Bedeutung [19]. Derzeit laufen mehrere Pilotprojekte zur Integration von erneuerbarem Wasserstoff in die Ammoniaksynthese, wodurch die Emissionen erheblich reduziert werden [20].
Methanol-Produktion: Methanol ist ein wichtiger Ausgangsstoff für die Herstellung von Formaldehyd, Essigsäure und Kunststoffen. Grünes Methanol, das mit Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen und abgeschiedenem CO₂ hergestellt wird, wird derzeit entwickelt, um Methanol auf fossiler Basis zu ersetzen [21].
Raffination und Petrochemie: Wasserstoff wird in der Raffinerie in großem Umfang zur Entfernung von Schwefel aus Kraftstoffen (Hydrotreating) und beim Hydrocracken eingesetzt. Der Übergang zu grünem Wasserstoff in Raffinerien kann die Emissionen bei gleichbleibender Kraftstoffqualität erheblich senken [9].
Wasserstoff als Reduktionsmittel in der Stahl- und Chemieindustrie: Neben den herkömmlichen chemischen Anwendungen wird Wasserstoff zunehmend als Reduktionsmittel in Prozessen wie der direkten Eisenreduktion (DRI) für die Stahlerzeugung in Betracht gezogen, wobei er kohlebasierte Verfahren ersetzt und in die Wertschöpfungsketten der chemischen Industrie integriert wird [8].

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wasserstoff das theoretische Potenzial hat, die chemische Industrie zu revolutionieren, indem er eine tiefgreifende Dekarbonisierung sowie umweltfreundlichere Produkte und Prozesse ermöglicht. Durch den Einsatz von Innovationen wie wasserstoffbetriebenen Crackern und erneuerbarem Ammoniak könnte die Branche bei gleichbleibender Produktionseffizienz erhebliche Emissionssenkungen erzielen.

Da die Investitionen in die Wasserstoffinfrastruktur zunehmen und der technologische Fortschritt die Kosten senkt, ist die chemische Industrie gut aufgestellt, um von fossilen Rohstoffen auf eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft umzusteigen. Die Überwindung von infrastrukturellen, politischen und kostenseitigen Hindernissen ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um das volle Potenzial von Wasserstoff in der chemischen Industrie zu erschließen. Es wird erwartet, dass die Zusammenarbeit zwischen Energie- und Chemieunternehmen - wie das Projekt Hy4Chem-El - zunehmen wird, um die Wasserstoffproduktion mit nachgelagerten Anwendungen in Einklang zu bringen [6, 9]. Mit koordinierten Bemühungen von Regierungen, Industrie und Innovatoren kann Wasserstoff zu einem Vorreiter einer saubereren, widerstandsfähigeren chemischen Industrie werden.

Schauen wir uns nun genauer an, ob es tatsächlich genug Wasserstoff für alle gibt.

Genug Wasserstoff für alle! Genug Wasserstoff für alle?

Die Zahlen sind eindeutig: Die weltweite Nachfrage nach Wasserstoff wird im Jahr 2025 ein noch nie dagewesenes Niveau erreichen. Schätzungen gehen von einem Anstieg auf über 115 Millionen Tonnen pro Jahr aus, verglichen mit rund 90 Millionen Tonnen im Jahr 2020. Dieses Wachstum wird durch strenge staatliche Maßnahmen wie das „Fit for 55“-Paket der Europäischen Union, den U.S. Inflation Reduction Act und Japans Politik der grünen Transformation vorangetrieben, die alle der Umstellung auf saubere Energien und der Einführung von Wasserstoff Priorität einräumen [4]. Es ist jedoch bemerkenswert, dass diese Regierungspolitiken im Laufe der Zeit Änderungen unterworfen sein können - wie das Beispiel der USA zeigt [1].

Darüber hinaus erweitern sich die (prognostizierten) Anwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff über die traditionelle industrielle Nutzung hinaus auf die Bereiche Stromerzeugung, Verkehr und Heizung.

Ob die Hersteller in der Lage sein werden, den für 2025 prognostizierten Wasserstoffbedarf von über 115 Millionen Tonnen zu decken, ist derzeit aufgrund mehrerer Herausforderungen noch ungewiss:

Produktionskapazität: Während die Investitionen in die Herstellung von Elektrolyseuren bis 2030 voraussichtlich 60 GW übersteigen werden, ist die derzeitige weltweite Produktionskapazität noch begrenzt. Großprojekte sind in der Entwicklung, aber die Ausweitung braucht Zeit [4, 12].
Infrastruktur und Speicherung: Eine solide Infrastruktur für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff ist in vielen Regionen noch unterentwickelt, was den Zugang erschwert. Projekte wie das European Hydrogen Backbone sollen hier Abhilfe schaffen, indem sie ein Netz von Pipelines in ganz Europa schaffen, aber sie erfordern beträchtliche Investitionen und viel Zeit für die Umsetzung [10, 14].
Energiebedarf: Die Produktion von grünem Wasserstoff erfordert erhebliche Kapazitäten an erneuerbaren Energien, was zu einem Wettbewerb mit anderen Sektoren um erneuerbare Elektrizität führt. Offshore-Wind- und Solarenergie werden in Wasserstoffproduktionssysteme integriert, um diese Herausforderung zu meistern [8, 22].
Geopolitische Beschränkungen: Die Wasserstoffproduktionsstandorte und die Verfügbarkeit von Ressourcen variieren je nach Land und Kontinent erheblich, so dass ein internationales Wasserstoffhandelsnetz erforderlich ist. Im „Hydrogen Trade Outlook“ von McKinsey werden strategische Korridore für Wasserstoffexporte aufgezeigt, z. B. von Australien nach Asien und vom Nahen Osten nach Europa [9, 15].
Wirtschaftliche Tragfähigkeit: Trotz Subventionen und politischer Unterstützung ist Wasserstoff bei vielen Anwendungen nach wie vor teurer als fossile Brennstoffe. Die Marktakzeptanz wird von weiteren Kostensenkungen durch technologische Fortschritte abhängen [23].

Wie überall auf der Welt sind innovative Lösungen und technologische Durchbrüche die Hauptantriebskräfte für die Skalierung der Wasserstoffproduktion - Lösungen wie neuartige Protonenaustauschmembranen (PEM) und Festoxidelektrolyseure. Gleichzeitig gewinnt die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) für blaue Wasserstoffprojekte zunehmend an Bedeutung. Groß angelegte Initiativen wie das Northern Lights-Projekt in Norwegen und das CCS-Zentrum in Houston zielen darauf ab, jährlich Millionen Tonnen CO2 abzuscheiden [4, 12].

Die Wasserstoffproduktion nimmt zwar rasch zu, aber es bleibt abzuwarten, ob sie schnell genug wachsen kann, um die hohe Nachfrage im Jahr 2025 zu decken. Dies sind die wichtigsten Nachfragetreiber für Wasserstoff:

Industrielle Nutzung: Am größten ist die Nachfrage in Industriezweigen wie der Ammoniakproduktion, der Raffination und der Stahlerzeugung, die auf Wasserstoff als kritischen Rohstoff angewiesen sind [8, 12].
Transport: Wasserstoff-Brennstoffzellen sind im Schwerlastverkehr, in der Luftfahrt und in der Schifffahrt auf dem Vormarsch. Initiativen wie die European Clean Hydrogen Alliance treiben die Einführung von Wasserstoff in der Mobilität voran [4, 8].
Energiespeicherung: Wasserstoff dient als entscheidendes Medium für den Ausgleich intermittierender erneuerbarer Energiequellen und fungiert als langfristige Energiespeicherlösung. Die Erforschung von Wasserstoffspeichertechnologien wie Salzkavernen und fortschrittlichen Materialien wird ebenfalls beschleunigt [13, 24].

Trotz seiner vielversprechenden Möglichkeiten hängt die wirtschaftliche Tragfähigkeit von Wasserstoff weiterhin von der politischen Unterstützung, der Skalierung und der technologischen Innovation ab. Regierungen und Industrie arbeiten zusammen, um durch Subventionen und technologische Durchbrüche Preisgleichheit mit fossilen Brennstoffen herzustellen [23].

Lassen wir diese eher allgemeinen und oberflächlichen Diskussionen beiseite und werfen wir einen Blick auf die realen Zahlen:

Preise und Ausmaße der Wasserstoffökonomie

Wie bereits erwähnt, verbraucht die chemische Industrie jährlich etwa 45 Millionen Tonnen Wasserstoff, was etwa 40 % des gesamten weltweiten Wasserstoffbedarfs entspricht [4]. Abhängig von Faktoren wie der Herkunftsregion schwanken die derzeitigen Wasserstoffproduktionskosten zwischen 10-14 USD pro Kilogramm Wasserstoff [25] (1 USD = 0,96 EUR). Da sowohl das Wasserstoffangebot als auch die Nachfrage steigen, wird erwartet, dass diese Produktionspreise sinken werden:

Der International Council on Clean Transportation (ICCT) schätzte die Produktionskosten von grünem Wasserstoff für die verschiedenen Regionen der USA und die Mitgliedstaaten der Europäischen Union im Jahr 2030 unter verschiedenen Szenarien der Technologieverbesserung, die in Abbildung 1 dargestellt sind [26]: Je nach Region und Entwicklungsszenario liegen die Preise zwischen 2-9 USD pro kg grünen Wasserstoffs, wobei die Preise in der EU im Allgemeinen deutlich höher sind als in den USA.

Abbildung 1 - ICCT-Schätzungen der Produktionskosten von grünem Wasserstoff für 2030 in der Europäischen Union und den Vereinigten Staaten unter verschiedenen Szenarien der Technologieverbesserung. Die Kreise stellen den regionalen Durchschnitt dar, und die Balken zeigen die Spanne der geschätzten Produktionskosten in allen Regionen der USA und der EU-Länder (Quelle ICCT [26]).

Diese Schätzungen gehen davon aus, dass die Hersteller die erneuerbare Energiequelle (Wind oder Sonne), die Anschlussart (direkt oder Netz) und den Elektrolyseur-Typ (alkalisch, Protonenaustauschmembran oder Festoxid) wählen, der für die jeweilige Region am kostengünstigsten ist. Beachten Sie jedoch, dass diese Faktoren nur die Kosten für die Produktion von grünem Wasserstoff bestimmen - die von den Verbrauchern gezahlten Preise an der Zapfsäule, die die Kosten für die Verdichtung, den Transport und die Verteilung beinhalten, werden viel höher sein.

Abbildung 2 zeigt den zentralen Technologiefall des ICCT zusammen mit anderen neueren Kostenschätzungen von anderen Organisationen und Instituten [26, 27-31]. Die zentralen Schätzungen des ICCT für die Produktionskosten von grünem Wasserstoff im Jahr 2030 liegen innerhalb der von diesen anderen Quellen geschätzten Spanne (3,7 USD pro kg in den Vereinigten Staaten und 5,6 USD pro kg in der Europäischen Union).

Abbildung 2 - Die Kostenschätzungen des zentralen Szenarios 2030 des ICCT im Vergleich zu anderen veröffentlichten Werten [27-31]. Die Kreise stellen Durchschnittswerte dar, sofern verfügbar. Alle Kosten sind auf 2023 US-Dollar umgerechnet (Quelle: ICCT) [26].

Wie bereits mehrfach erwähnt, machen diese sehr unterschiedlichen Preisszenarien für Wasserstoff es nahezu unmöglich, die Zukunft der chemischen Industrie auf Wasserstoff zu setzen.

Der künftige Preis von Wasserstoff ist jedoch nicht das einzige Problem. Darüber hinaus muss die Infrastruktur zur Erzeugung von wirklich nachhaltigem Wasserstoff erst noch aufgebaut werden, was erhebliche Investitions- und Betriebskosten erfordert:

Nehmen wir das bereits erwähnte Beispiel des Hy4Chem-EL-Projekts von BASF in Zusammenarbeit mit Siemens Energy: Nach den eigenen Unterlagen von Siemens Energy hat die gesamte Elektrolysefläche ihrer 50-MW-Referenzanlage (die etwa 1 Tonne Wasserstoff pro Stunde produzieren kann - das entspricht 24 Tonnen/Tag oder 8760 Tonnen/Jahr) eine Grundfläche von 3900 m² [18]. Ihre 100-MW-Referenzanlage (2 t/h, 48 t/Tag, 17520 t/Jahr) benötigt eine Fläche von 19500 m² - das entspricht der Größe von fast 3 Fußballfeldern. Um den derzeitigen jährlichen Wasserstoffbedarf der chemischen Industrie von 45 Millionen Tonnen zu decken, wären mehr als 2500 dieser 100-MW-Wasserstoffanlagen erforderlich - mit einer theoretischen Fläche von über 50 Millionen m² oder 50 km² reiner Elektrolyseanlagen-Infrastruktur. Das entspricht etwa der Größe des Starnberger Sees oder rund 7700 Fußballfeldern.

Die Installation von insgesamt 2500 dieser 100-MW-Elektrolyseanlagen auf der ganzen Welt erscheint auf den ersten Blick zwar einschüchternd, aber durchaus machbar. Aber das ist nur die Menge an Anlagen, die derzeit benötigt wird, um den heutigen Wasserstoffbedarf zu decken - und nur den Bedarf der chemischen Industrie. Um den Wasserstoffbedarf in 5, 10 oder 20 Jahren realistisch zu decken, bräuchten wir Hunderte (wenn nicht Tausende) dieser Anlagen, die bereits heute in Betrieb sein müssten.

Hinzu kommt: Geht man von Elektrolyseur-CAPEX-Kosten von etwa 1000 USD pro kW aus, so beläuft sich eine 100-MW-Elektrolyseur-Anlage auf etwa 100 Millionen USD. Wenn man 50 USD pro kW als OPEX-Kosten annimmt, verursacht unsere 100-MW-Referenzanlage jährliche OPEX-Kosten von insgesamt 5 Millionen USD [32-34]. Die Installation der theoretisch benötigten 2500 Elektrolyseuranlagen würde 250 Milliarden USD an CAPEX-Kosten und 12,5 Milliarden USD an jährlichen OPEX-Kosten verursachen.

Natürlich müssen nicht alle diese Investitionen von der chemischen Industrie allein getätigt werden. Aber irgendjemand muss die theoretische Rechnung bezahlen, und die chemische Industrie wird einen großen Teil davon übernehmen müssen: Entweder sie investiert in die eigene Infrastruktur und hält sie in Betrieb oder sie bezahlt diejenigen, die die Elektrolyseure in Zukunft betreiben, für ihren Wasserstoff und ist von ihnen abhängig. Beide Szenarien haben ihre Vor- und Nachteile, erhöhen aber die Komplexität des gesamten Themas.

Um das Gesamtthema Wasserstoff noch komplexer zu machen, sollten wir noch über die Sicherheit von Wasserstoff diskutieren - ein Thema, das in den Mainstream-Medien selten vorkommt.

Wasserstoffsicherheit: Ein sprichwörtlich explodierendes Geschäft

Trotz seiner vielversprechenden Möglichkeiten stellen die einzigartigen Eigenschaften von Wasserstoff ein erhebliches Sicherheitsproblem dar, das einer strengen Prüfung bedarf [35]:

Der Entflammbarkeitsbereich von Wasserstoff in Luft ist außerordentlich groß und reicht von 4,0 bis 75,6 Volumenprozent, was das Risiko explosiver Gemische erheblich erhöht. Seine Mindestzündenergie ist in normaler Luft bemerkenswert niedrig und in sauerstoffreichen Umgebungen besonders niedrig. Nur 4 % der Zündenergie von Methan werden benötigt, um Wasserstoff zu entzünden, was seine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Zündquellen unterstreicht. Außerdem zeigen Studien zur Flammenausbreitung, dass sich Wasserstoffflammen unregelmäßig ausbreiten.

Wasserstoffproduktionsprozesse, insbesondere die Methandampfreformierung und die Wasserelektrolyse, laufen unter hohen Temperaturen und Drücken ab, was das Explosionsrisiko erhöht. Die Rolle des Wasserstoffs bei der Versprödung, bei der er die mechanische Integrität von Speichermaterialien beeinträchtigt, stellt eine weitere Gefahr dar, insbesondere in Hochdruckbehältern.

Es gibt verschiedene Speichertechnologien, z. B. Hochdruck-Gastanks oder Flüssigwasserstoff. Die Speicherung von Flüssigwasserstoff erfordert jedoch extreme Bedingungen - Abkühlung auf -235 °C -, was sowohl energieintensiv als auch technisch anspruchsvoll ist.

Außerdem begünstigt die geringe Dichte von Wasserstoff eine schnelle Diffusion, so dass Lecks schwerer zu entdecken sind, aber auch leichter explosive Wolken bilden können. So besteht bei Wasserstofflecks in engen Räumen wie Garagen aufgrund der schnelleren Diffusion und der größeren Entflammbarkeit im Vergleich zu Benzin ein höheres Explosionsrisiko.

In Brennstoffzellenfahrzeugen wird Wasserstoff in der Regel bei einem Druck von bis zu 70 MPa (700 bar) gespeichert, um Reichweiten von rund 400 km zu erzielen. Die Tanks, die häufig aus Verbundwerkstoffen bestehen, müssen extremen Bedingungen standhalten, um katastrophale Ausfälle zu vermeiden.

Aus energetischer Sicht entspricht die Energie, die bei der Explosion von 1 g Wasserstoff freigesetzt wird, der Energie, die bei der Explosion von etwa 29 g TNT freigesetzt wird [36]. Da die Explosionsfläche im Vergleich zu Benzin oder Erdgas viel größer ist [37], muss die Verwendung von Wasserstoff immer mit strengen Sicherheitsmaßnahmen einhergehen.

Das Potenzial von Wasserstoff als saubere Energiequelle ist unbestreitbar, aber seine sichere Integration in die chemische Industrie hängt davon ab, dass die damit verbundenen Risiken verstanden und gemildert werden. Wie diese sichere Wasserstoffwirtschaft über Tausende von Kilometern an Wasserstoffpipelines, Tausende von Wasserstofftanks und -lastwagen und Dutzende von unterschiedlichen nationalen Sicherheitsstandards hinweg erreicht werden kann, bleibt abzuwarten.

Eine der vielen Möglichkeiten, Wasserstoff sicherer zu machen, besteht in der kontinuierlichen Innovation der ihn umgebenden Technologie. Werfen wir also einen Blick auf die Innovationslandschaft rund um Wasserstoff.

Der neue Wasserstoff: Innovationen im Bereich Wasserstoff

Wasserstoff spielt nicht nur in der chemischen Industrie oder im Transportwesen eine Rolle; seine sektorübergreifende Integration ist für die Verwirklichung einer kohlenstoffarmen Zukunft im Allgemeinen von zentraler Bedeutung. Die chemische Industrie wird voraussichtlich ebenfalls von diesen Integrationen profitieren, da sie Teil vieler anderer industrieller Lieferketten ist: Der Bausektor erforscht wasserstoffbetriebene Maschinen und Zementherstellungsprozesse, die die Kohlenstoffemissionen erheblich reduzieren [4]. In der Landwirtschaft werden wasserstoffbasierte Düngemittel getestet, wobei Pilotprojekte in den Niederlanden eine Verringerung des Stickstoffabflusses und eine höhere Energieeffizienz belegen [19]. Im Energiesektor entwickeln Versorgungsunternehmen Hybridsysteme, welche Wasserstoff mit Batteriespeichern kombinieren, um den saisonalen Energiespeicherbedarf zu decken. Dieser hybride Ansatz ist besonders in Regionen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien, aber begrenzter Energiespeicherkapazität sinnvoll [24].

5-HT ist seit 7 Jahren ein Innovationspartner für Unternehmen der chemischen Industrie. Unsere Hauptkompetenz ist das Finden und Bewerten von externen Innovationsanbietern (z. B. Startups) für spezifische Technologie- und Innovationsanforderungen. Nach unserer eigenen Erfahrung hat das Aufkommen von Start-ups, die sich auf Wasserstofftechnologien konzentrieren, die Innovation in den Bereichen Produktion, Speicherung und Anwendung stark beschleunigt.

Hier sind einige Beispiele für Startups, die innovative Lösungen rund um Wasserstoff entwickeln:

H2Pro: Entwickelt effiziente, kostengünstige Elektrolyseure mit fortschrittlicher Elektroden-Technologie. [LINK]
Hydrogenious LOHC Technologies: Pionier für organische Flüssig-Wasserstoffträger (“liquid organic hydrogen carriers” (LOHC)) für sichereren und effizienteren Transport. [LINK]
Proton H2: Fokussiert auf die Extraktion von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen aus dem Boden, ohne dabei CO2 freizusetzen. [LINK]
Enapter: Bietet modulare Elektrolyseur-Systeme an, die für Produktion und Verteilung von Wasserstoff im kleinen Maßstab entworfen sind. [LINK]
Lhyfe: Vorreiter bei Offshore-Produktion von grünem Wasserstoff durch den Einsatz von schwimmenden Plattformen, die durch Windturbinen betrieben werden. [LINK].

Wie diese Beispiele zeigen, ist Innovation im Bereich Wasserstoff mehr als nur die Entwicklung neuer Katalysatoren für grauen oder grünen Wasserstoff. Neben der klassischen Forschung und Entwicklung geht es auch um Innovationen bei Prozessen und Infrastruktur.

5-HT hat in den letzten Jahren Hunderte von wasserstoffbezogenen Startups gescoutet und bewertet. Wenn Sie an unseren Ergebnissen interessiert sind, können Sie uns gerne kontaktieren.

Zusammenfassung und Meinung des Autors

Die potenziell zentrale Rolle von Wasserstoff in der chemischen Industrie und in der Energielandschaft im Allgemeinen unterstreicht die Bedeutung kontinuierlicher Investitionen und Innovationen. Auch wenn bereits erhebliche Fortschritte erzielt wurden, müssen die Herausforderungen in Bezug auf Kosten, Infrastruktur und Regulierung angegangen werden, um das Potenzial von Wasserstoff wirklich voll auszuschöpfen.

Meiner persönlichen Meinung nach läuft die Umstellung auf Wasserstoff hauptsächlich auf Folgendes hinaus: Zeit, Ressourcen und Geld in eine zuverlässige und skalierbare Technologie zu investieren - und sich dann wirklich auf diese zu konzentrieren. Die Erforschung und Entwicklung neuartiger Wasserstofflösungen ist ebenfalls von enormer Bedeutung. Aber ein grünes Unternehmen zu sein und nachhaltige Produkte herzustellen, ist in den letzten Jahren in Mode gekommen und hat auch viel Interesse und Investitionen auf sich gezogen - und damit umgelenkt und dezentralisiert. Der Beginn des Jahres 2025 zeigt, dass eine Wende hin zu einer weniger grünen Zukunft innerhalb weniger Tage eintreten kann. Wir brauchen daher Technologien und Pilotanlagen, die mehr als nur ein paar Kilogramm Wasserstoff pro Jahr produzieren, sondern praktisch skalierbar sind, um Wasserstoff im Megatonnenmaßstab (oder mehr) pro Jahr zu produzieren. Die Förderung sinnvoller Partnerschaften zwischen Regierungen, Branchenführern und Startups wird daher entscheidend sein, um eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft zu erreichen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass all diese Bemühungen parallel ablaufen müssen, um vollständig zusammenzuarbeiten. Andernfalls könnte es beispielsweise passieren, dass wir zwar große Produktionsanlagen, aber keine Transportinfrastruktur haben - oder umgekehrt.

Für mich hat jeder Aspekt, der sich um die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger oder Rohstoff dreht, ein enormes Potenzial für die chemische Industrie und die Menschheit im Allgemeinen, aber gleichzeitig auch viele Engpässe, Anforderungen und Abhängigkeiten.

So wie Ammoniak der Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens bedurfte, um unsere moderne Welt zu revolutionieren, fehlt dem Wasserstoff meiner Meinung nach sein eigener „Haber-Bosch-Moment“, um unsere Zukunft wirklich zu verändern - zumindest im Moment.

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Anmerkung zur Qualitätssicherung und Nutzung von KI

Dieser Artikel wurde mit Hilfe von 5-HT‘s eigenem KI-System „Hatty“ strukturiert, geschrieben, formatiert und bearbeitet. Jeder von Hatty generierte Text wurde vom Autor überarbeitet, aktualisiert, angereichert und mit Querverweisen versehen.

Quellen

[1] European Patent Office (EPO) and International Energy Agency (IEA) (2023). Hydrogen patents for a clean energy future: A global trend analysis of innovation along hydrogen value chains. URL: https://www.iea.org/reports/hydrogen-patents-for-a-clean-energy-future
[2] Leigh Collins, Hydrogen Insights (2025). Trump puts US clean hydrogen support schemes on hold as part of plan to terminate 'Green New Deal'. URL: https://www.hydrogeninsight.com/policy/trump-puts-us-clean-hydrogen-support-schemes-on-hold-as-part-of-plan-to-terminate-green-new-deal/2-1-1767401
[3] CDU chancellor candidate Friedrich Merz (13.01.2025) during a conference in Bochum, Germany. Translated into English by the author. Media Coverage: https://www1.wdr.de/nachrichten/landespolitik/merz-cda-bochum-stahl-wasserstoff-kritik-100.html
[4] Deloitte (2023). Chemicals – Pathways to decarbonization. URL: https://www.deloitte.com/global/en/Industries/energy-chemicals/perspectives/future-of-chemicals-industry.html
[5] CEFIC (2023). Replacing Fossil Fuels with Hydrogen: Fuse, Reuse, Recycle. URL: https://cefic.org/a-solution-provider-for-sustainability/chemistrycan/going-climate-neutral/replacing-fossil-fuels-with-hydrogen-fuse-reuse-recycle/
[6] Mogens Holm, BCG (2023). How to Clear a Path for a Green Hydrogen Future. URL: https://www.bcg.com/publications/2024/nordics-how-to-clear-a-path-for-a-green-hydrogen-future
[7] US National grid article “The hydrogen colour spectrum” (23.02.2023). URL: https://www.nationalgrid.com/stories/energy-explained/hydrogen-colour-spectrum
[8] Karlsson et al., Bain & Company (2023). How to Navigate the Transition to Sustainable Metals and Chemicals. URL: https://www.bain.com/insights/how-to-navigate-the-transition-to-sustainable-metals-and-chemicals/
[9] Browne et al., McKinsey & Company (2023). Hydrogen Trade Outlook: 2023 Update. URL: https://www.mckinsey.com/industries/oil-and-gas/our-insights/oil-and-gas-blog/hydrogen-trade-outlook-2023-update
[10] CEFIC (2023). Working Together to Create an EU Hydrogen Infrastructure. URL: https://cefic.org/a-solution-provider-for-sustainability/chemistrycan/going-climate-neutral/working-together-to-create-an-eu-hydrogen-infrastructure/
[11] Michael Caspersen, BCG (2024). Turning a Regional Contest into Competitive Advantage - Greentech in the Hydrogen Supply Chain. URL: https://www.bcg.com/publications/2024/greentech-in-hydrogen-supply-chain
[12] CEFIC (2024). Low-Carbon Technologies Projects: Mapping Investments and Projects of the European Chemical Industry. URL: https://cefic.org/a-pillar-of-the-european-economy/low-carbon-technologies-projects/
[13] Verma et al., BCG (2023). Can Carbon Help Decarbonize Chemicals? URL: https://www.bcg.com/publications/2023/can-carbon-help-decarbonize-chemicals
[14] CEFIC (2023). Fact & Figures 2023: Navigating the Future of the EU27 Chemical Industry. URL: https://news.cefic.org/article/facts-figures-2023-navigating-the-future-of-the-eu27-chemical-industry
[15] Marco Alverà, World Economic Forum (2025). Blending mandates: How Europe can decarbonize without losing its industry. URL: https://www.weforum.org/stories/2025/01/europe-can-decarbonize-without-losing-its-industry-heres-how/
[16] Hydrogen Council (2022). Hydrogen Insights 2022. URL: https://hydrogencouncil.com/en/hydrogen-insights-2022/
[17] BASF Press release (2023). URL: https://www.basf.com/global/de/media/news-releases/2023/11/p-23-367
[18] Siemens Energy Website (accessed at 05.02.2025). URL: https://www.siemens-energy.com/global/en/home/products-services/product-offerings/hydrogen-solutions.html
[19] Young et al., BCG Henderson Institute (2023). Short-Term Solutions for Bending the Ammonia Emissions Curve. URL: https://bcghendersoninstitute.com/short-term-solutions-for-bending-the-ammonia-emissions-curve/
[20] Subei et al., BCG (2023). New Applications and New Strategies for Fertilizer Companies. URL: https://www.bcg.com/publications/2023/new-technology-and-strategies-disrupt-fertilizer-industry
[21] Wenzel et al., Nexus 2 (2025). Towards water-conscious green hydrogen and methanol production: A techno-economic review. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2950160125000014
[22] Young et al., BCG Henderson Institute (2023). Short-Term Solutions for Bending the Ammonia Emissions Curve. URL: https://bcghendersoninstitute.com/short-term-solutions-for-bending-the-ammonia-emissions-curve/
[23] CEFIC (2024). Innovation, Policy Alignment, and Collaboration: Keys to a Hydrogen Economy in Europe. URL: https://cefic.org/media-corner/newsroom/innovation-policy-alignment-and-collaboration-keys-to-a-hydrogen-economy-in-europe/
[24] Budzier et al. BCG (2023). Five Strategies for Optimizing Power-to-X Projects. URL: https://www.bcg.com/publications/2023/five-strategies-for-optimizing-ptx-projects
[25] BMW Website (accessed on 05.02.2025). URL: https://www.bmw.com/en/innovation/how-hydrogen-fuel-cell-cars-work.html
[26] International Council on Clean Transportation (ICCT) (2024). The price of green hydrogen: How and why we estimate future production costs. URL: https://theicct.org/the-price-of-green-hydrogen-estimate-future-production-costs-may24/
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[28] Adithya Bhashyam, BloombergNEF (2023). 2023 Hydrogen Levelized Cost Update: Green Beats Grey. URL: https://about.bnef.com/blog/2023-hydrogen-levelized-cost-update-green-beats-gray/
[29] Killingland & Alvik, DNV (2024). Hydrogen Forecast to 2050. URL: https://www.dnv.com/focus-areas/hydrogen/forecast-to-2050/
[30] International Energy Agency (IEA) (2023). Global Hydrogen Review 2023. URL: https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2023
[31] Davide Castelvecchi, Nature News Feature (2022). How the hydrogen revolution can help save the planet — and how it can’t. URL: https://www.nature.com/articles/d41586-022-03699-0
[32] Adam Christensen, International Council on Clean Transportation (ICCT) (2020). Assessment of Hydrogen Production Costs from Electrolysis: United States and Europe. URL: https://theicct.org/wp-content/uploads/2021/06/final_icct2020_assessment_of-_hydrogen_production_costs-v2.pdf
[33] Cornelia Lichner, PV Magazine (2024). Electrolyzer prices – what to expect. URL: https://www.pv-magazine.com/2024/03/21/electrolyzer-prices-what-to-expect/
[34] Rachel Parkes, HydrogenInsight (2024). Cost of electrolysers for green hydrogen production is rising instead of falling: BNEF. URL: https://www.hydrogeninsight.com/electrolysers/cost-of-electrolysers-for-green-hydrogen-production-is-rising-instead-of-falling-bnef/2-1-1607220
[35] Guo et al., International Journal of Hydrogen Energy 51 (2024). Hydrogen safety: An obstacle that must be overcome on the road towards future hydrogen economy. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319923043021
[36] Molkov & Dery, International Journal of Hydrogen Energy 45 (2020). The blast wave decay correlation for hydrogen tank rupture in a tunnel fire. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319920330627
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