Was ist Wasserstoff?

H₂H  2H₂​

Wasserstoff ist das kleinste und leichteste chemische Element.
Es besitzt die chemische Ordnungszahl 1 und besteht aus nur einem Proton und einem Elektron. In der Natur tritt Wasserstoff meist als Molekül H₂ auf.

Wasserstoff ist im Universum das häufigste Element. Auf der Erde kommt er vor allem gebunden in Wasser, Erdgas, Biomasse und organischen Verbindungen vor.

Bedeutung für Umwelt und Leben

Wasserstoff erfüllt eine wichtige Funktion im Leben auf der Erde.
Er ist Bestandteil von Wasser, Proteinen, Pflanzen und allen lebenden Organismen. Ohne Wasserstoff gäbe es kein Leben.

Auch in der Industrie spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle – zum Beispiel in Raffinerien, der Chemieindustrie, der Energieversorgung und künftig im klimafreundlichen Anlagenbau.

Wasserstoff und LNG im Anlagenbau

LNG bedeutet „Liquefied Natural Gas“ – verflüssigtes Erdgas.
In vielen Industrieanlagen werden heute LNG-Systeme genutzt. Zukünftig sollen Teile dieser Infrastruktur auch für Wasserstoff verwendet oder umgebaut werden.

Dafür entstehen moderne Elektrolyseure.
Mit elektrischem Strom wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Elektrolyse – Herstellung von grünem Wasserstoff

2H₂O→2H₂+O₂2H₂O       2H₂ + O₂2H₂​O→2H₂​+O₂​

Die Elektrolyse arbeitet mit Anode und Kathode.
Wird der benötigte Strom aus Sonne, Wind oder Wasserkraft erzeugt, spricht man von „grünem Wasserstoff“.

Weitere Varianten sind:

• Grauer Wasserstoff – Herstellung aus Erdgas, dabei entsteht CO₂
• Blauer Wasserstoff – CO₂ wird abgeschieden und gespeichert
• Türkiser Wasserstoff – Herstellung über Methanpyrolyse
• Grüner Wasserstoff – klimafreundlich durch erneuerbare Energien

Moderne Elektrolyseure bestehen heute oft aus modularen Baukastensystemen.
Dadurch können Anlagen flexibel an Leistung, Standort und Bedarf angepasst werden.

Herausforderungen beim Transport von Wasserstoff

Für den Transport zu Tankstellen, Industrieanlagen oder Gebäuden werden sichere Rohrleitungen benötigt.

Die größte Herausforderung liegt in den besonderen Eigenschaften des Wasserstoffs.

Besondere Eigenschaften von H₂

• sehr kleines Molekül
• hohes Diffusionsvermögen
• geringe Viskosität
• hohe Wärmeleitfähigkeit
• leicht entzündlich
• unter bestimmten Bedingungen explosiv
• hoher Energiegehalt

Diffusion und Materialbeanspruchung: Versprödung.

Wasserstoff kann sehr leicht durch kleinste Öffnungen und manche Materialien hindurch wandern.
Dieses Verhalten nennt man Diffusion.

Dadurch entstehen besondere Anforderungen an:

• Rohrleitungen
• Ventile
• Dichtungen
• Schweißverbindungen
• Kompressoren
• Sicherheitssysteme

Zusätzlich kann Wasserstoff Materialien langfristig verändern.
Es kann zu sogenannter Wasserstoffversprödung kommen. Dabei verliert das Material seine Festigkeit und wird spröde. Schäden werden oft erst später sichtbar.

Auch Korrosion und Materialermüdung spielen eine wichtige Rolle.

Flüssiger und gasförmiger Wasserstoff

Wasserstoff kann gasförmig oder flüssig verwendet werden.

Aggregatzustände von Wasserstoff

• gasförmig bei normalen Temperaturen
• flüssig erst bei etwa minus 253 °C
• sehr niedrige Temperaturen notwendig
• hoher technischer Aufwand für Kühlung und Isolation

Damit Wasserstoff flüssig bleibt, müssen Leitungen und Tanks stark gekühlt werden.
Kompressoren und Kältemittel unterstützen diesen Prozess.

An Ventilen oder Übergabestellen erwärmt sich der Wasserstoff häufig wieder und wird gasförmig.

Druckverluste müssen möglichst gering gehalten werden, damit die Energieeffizienz erhalten bleibt.

Sicherheit und Explosionsschutz

Wasserstoff besitzt eine hohe Zündfähigkeit.
Bereits kleine Mengen können sich entzünden.

Möglich sind:

• Explosionen
• Deflagrationen (schnelle Verbrennungen)
• Druckwellen
• Flammenrückschläge

Deshalb gelten sehr hohe Sicherheitsanforderungen.

Wichtige Schutzmaßnahmen:

• explosionsgeschützte Anlagen
• spezielle Sensoren und Leckageüberwachung
• sichere Ventilsysteme
• temperaturbeständige Werkstoffe
• regelmäßige Inspektionen und Prüfungen
• automatische Abschaltsysteme

Ingenieure und Forschungseinrichtungen entwickelten über viele Jahre spezielle Leitungssysteme und Sicherheitstechnologien für den Umgang mit Wasserstoff.

Wasserstofftankstellen und Fahrzeuge

Auch Tankstellen benötigen besondere Technik.

Für die Betankung von Fahrzeugen gelten enge Temperaturgrenzen:

• nicht wärmer als 85 °C
• nicht kälter als minus 40 °C

Deshalb werden Wärmetauscher eingesetzt.

Zusätzlich werden Brennstoffzellen getestet und weiterentwickelt.
Sie arbeiten nach dem Prinzip der umgekehrten Elektrolyse und erzeugen aus Wasserstoff elektrische Energie.

Wasserstoff und Biogasanlagen

Die Wasserstoffherstellung kann mit Biogasanlagen kombiniert werden.
Dadurch entstehen neue Möglichkeiten zur Speicherung und Nutzung erneuerbarer Energien.

Sogenannte Sektorenkopplungen verbinden:

• Stromerzeugung
• Gasversorgung
• Wärmeversorgung
• Mobilität

Planung, Prüfungen und Genehmigungen

Der Bau von Wasserstoffanlagen erfordert umfangreiche Planung und Dokumentation.

Vor dem Betrieb müssen Anlagen:

• geprüft
• inspiziert
• genehmigt
• überwacht
• regelmäßig dokumentiert werden

Erst danach dürfen Leitungen, Speicheranlagen oder Tankstellen in Betrieb gehen.

Nationale Wasserstoffstrategie

Die Bundesregierung fördert den Ausbau der Wasserstofftechnologie durch die Nationale Wasserstoffstrategie.

Dabei müssen viele gesetzliche Vorgaben berücksichtigt werden:

• Produktsicherheit
• Arbeitsschutz
• Gefahrstoffverordnung
• Energieversorgung
• Immissionsschutz
• Baurecht
• Gewässerschutz
• Abfallrecht
• TA Luft

Weiter ist bei der Planung der Lebenszyklusbasierte Ansatz zu heute von Beginn an zu beachten: Rohstoffgewinnung - Aufbereitung - Produktion - Nutzung - Recycling und wieder von vorn schließender Kreislauf.

Neu seit dem Jahr 2024 ist zur Bilanzierung der Nachhaltigkeit zu beachten das Social Life Cycle Assessment (SLCA) gem. ISO 14075 - der neue soziale Standard.

Die Entwicklung von Wasserstoff gilt als wichtiger Bestandteil der zukünftigen Energie- und Klimapolitik.

Kurz: Wasserstoff ist kein einfaches Element.

Erstellt mithilfe von ChatGPT nach Prompt von Stefanie Romund 19.5.2026