Wie kann Wasserstoff die Industrie dekarbonisieren?

Der überwiegende Teil der 97 Millionen Tonnen Wasserstoff, die heute weltweit erzeugt werden, wird mittels fossiler Brennstoffe erzeugt. Dabei werden einem vor kurzem veröffentlichten Bericht des Paul Scherrer Instituts (PSI), einem Schweizer Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften, zufolge ca. 920 Millionen Tonnen CO2-Emissionen jährlich freigesetzt. Grauer und brauner Wasserstoff machen 85 Prozent der weltweiten Wasserstofferzeugung aus und es gibt kaum Anzeichen für einen Umstieg auf nachhaltigere Verfahren. Dennoch sehen viele in grünem bzw. kohlenstoffarmem Wasserstoff die Zukunft im Hinblick auf die Dekarbonisierung großer Bereiche der Industrie, die noch auf fossile Brennstoffe angewiesen sind.

Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt, dass industrielle Prozesse 2024 ca. 37,6 Gigatonnen (Gt) CO2 freigesetzt haben, was unterstreicht, wie dringend notwendig Dekarbonisierung zum Erreichen der Netto-Null-Ziele ist.

Prof. Dr. Thomas J. Schmidt, Leiter des PSI-Zentrums für Energie- und Umweltwissenschaften, weist darauf hin, dass es nach wie vor wirtschaftliche sowie systemische Barrieren für eine breitere Verwendung gibt, obwohl die Technologie zur Herstellung von grünem Wasserstoff ausgereift ist. Er schätzt, dass die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff doppelt so hoch sind wie bei fossilen Brennstoffen. Er merkt ferner an, dass es nach wie vor an nachgelagerter Infrastruktur, wie entsprechende Pipelines und Kavernenspeichern, fehlt.

„Industrien können dekarbonisieren, indem sie auf grünen Wasserstoff umsteigen“, erklärt er. „Aber solange spottbilliges Erdgas für Dampfkracken zur Verfügung steht, wird es keine Investitionen in die Herstellung von grünem Wasserstoff geben, es sei denn, dass Politik und Regulierung die Industrien dazu zwingen, nachhaltigere Lösungen zu nutzen.”

Schmidt führt den EU Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) als Beispiel für eine derartige Regulierung an. Bei dem CO2-Grenzausgleichssystem handelt es sich um einen Preisaufschlag auf importierte CO2-intensive Produkte, einschließlich Wasserstoff, wodurch sichergestellt wird, dass ein Preis für die bei der Produktion verursachten Kohlendioxidemissionen gezahlt wurde.

Neben den Kosten stellt der hohe Wasserbedarf eine weitere Hürde für eine flächendeckende Verbreitung von grünem Wasserstoff dar, besonders in Regionen der Welt, in denen Wasserknappheit ein Problem sein könnte. Mehr als 60 Prozent des vom PSI identifizierten Potentials für die Herstellung von grünem Wasserstoff liegt in Regionen mit Wasserknappheit. Die Nachfrage nach kritischen Materialien sowie ihre sozialen und umwelttechnischen Auswirkungen sind ein weiteres Problem. Elektrolyseure verwenden Katalysatoren, die in der Regel aus Edelmetallen wie Platin oder Iridium bestehen, und Elektroden, die aus Metallen wie Nickel oder rostfreiem Stahl bestehen.

Trotz aller Hindernisse eignet sich grüner Wasserstoff sehr gut für die Dekarbonisierung der Stahl- und Chemieindustrie, besonders für Düngemittel, aktuell einer der größten Verbraucher von grauem Wasserstoff weltweit, so Schmidt.

In der Stahlindustrie entstehen sowohl Eisen als auch hohe CO₂-Emissionen, wenn Kohlenstoff zur Verarbeitung von Eisenerz verwendet wird. Wasserstoff hingegen reagiert mit Eisenerz, wobei Eisen entsteht und Wasserdampf ausgestoßen wird. In Boden, Schweden, plant ein grünes Stahlwerk, das kurz vor der Fertigstellung steht, durch Wasserkraft erzeugten grünen Wasserstoff zu nutzen, der von dem Fluss Lule und anderen erneuerbaren Stromquellen generiert wird, um Kohle zu ersetzen und die CO2-Emissionen um bis zu 95 Prozent zu senken.

Im Fall von Düngemitteln hat der Umstieg von grauem Wasserstoff auf kohlenstoffarmen Wasserstoff direkte Auswirkungen auf die CO2-Emissionen. Die Düngemittelherstellung ist weltweit einer der größten Verbraucher von Wasserstoff. Ammoniak, das in der Agrarindustrie für die Düngemittelherstellung zum Einsatz kommt, wird aus Wasserstoff und Stickstoff hergestellt. Wird in der Düngemittelherstellung grauer Wasserstoff durch nachhaltigen Wasserstoff ersetzt, werden die Treibhausgase deutlich sinken.

In anderen Bereichen, wie der Zementherstellung, ist der Umstieg auf grünen Wasserstoff als Wärmequelle ein Schritt in die richtige Richtung, allerdings wird dadurch nicht das CO2 gesenkt, das als Nebenprodukt des Schmelzens von Kalkstein entsteht. Es ist ein zusätzlicher Dekarbonisierungsschritt erforderlich, unabhängig von grünem Wasserstoff: Kohlenstoffbindung und -speicherung, so wie in der norwegischen Zementfabrik, wo das bei der Zementproduktion entstehende CO2 aufgefangen und dann unter dem Meeresboden in der Nordsee gelagert wird.

Es entstehen weltweit Projekte zu grünem Wasserstoff. Eine große grüne Wasserstoffanlage in Saudi-Arabien steht kurz vor der Fertigstellung. Mit einem Solar- und Windenergienetz, das 4 Gigawatt (GW) liefert, soll es 600 Tonnen grünen Wasserstoff pro Tag erzeugen, der nachgelagert in Ammoniak umgewandelt wird.

Die Schweiz verfügt über eine Elektrolysekapazität von ca.11 Megawatt (MW), verteilt auf verschiedene Standorte, darunter Bulle, wo ein lokaler Energieversorger eine grüne Wasserstoffanlage für den Einsatz in der Industrie, Mobilität und Energiespeicherung betreibt. Sie versorgt ein benachbartes Bauunternehmen mit grüner Energie, um Wasserstoff-Verbrennungsmotoren zu industrialisieren.

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Normen zu Sicherheits- und Leistungsprüfung, insbesondere im Hinblick auf die Elektrolysetechnologie, sind unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Wasserstoffinfrastruktur zu garantieren, erklärt Hong Ki Lee, Vorsitzender des technischen Komitees IEC/TC 105, das internationale Normen zu Brennstoffzellen erarbeitet. Es hat insbesondere die Normenreihe IEC 62282-8 zu Energiespeichersystemen mit Brennstoffzellenmodulen im reversiblen Betrieb veröffentlicht. „Da sie die natürliche Variabilität der erneuerbaren Energien ausgleichen kann, ist die Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse eine grundlegende Technologie für die Bildung einer grünen Wasserstoffversorgungskette und für das Erreichen der Klimaneutralität bis 2050“, erklärt er.

Hong Ki Lee betont, dass die Senkung der Herstellungskosten für grünen Wasserstoff eine der obersten Prioritäten für IEC/TC 105 sei. „Wir konzentrieren uns auf die Herstellung von grünem Wasserstoff mittels reversibler Brennstoffzellen. Das bietet wirtschaftliche Vorteile, wie niedrigere Anfangsinvestitionen, da reversible Brennstoffzellensysteme sowohl Strom erzeugen können als auch Wasserstoff, wenn das gleiche System in umgekehrter Form genutzt wird.“

Das ist besonders für wasserstoffbetriebene Transportmittel, wie Nutzfahrzeuge, Züge, Flugzeuge und Schiffe, interessant, die eine große Menge an Wasserstoff benötigen. Brennstoffzellensysteme bieten weitere Anwendungsmöglichkeiten über Straßenfahrzeuge hinaus, und der Markt für die kommerzielle Nutzung wächst, erklärt Hong Ki Lee.

Diejenigen, die an der Entwicklung von Sicherheitsnormen für die Verwendung von Wasserstoff in der Industrie beteiligt sind, kennen sich mit Wasserstoff aus. Dazu gehören IEC 60079, ISO 80079 und ISO/IEC 80079, erklärt Martin Thedens, Vorsitzender von IEC/TC 31, dem einzigen Normungskomitee, das sich innerhalb von IEC und ISO mit Explosionsschutz beschäftigt.

Er sagt, dass durch die zunehmende Nutzung von Wasserstoff davon auszugehen sei, dass neue Normen erforderlich werden. „Bisher arbeiteten nur geschulte Mitarbeitende mit Wasserstoff, aber nun kann jede bzw. jeder damit in Berührung kommen, zum Beispiel beim Tanken“, erklärt er. „Wir müssen Schulungen anbieten und den richtigen Leuten die richtigen Informationen geben. Sicherheitsmaßnahmen für die Öffentlichkeit erfordern neue Spezifikationen.“

Das IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Explosive Atmospheres, IECEx, ist eines von vier IEC-Konformitätsbewertungssystemen. Es beinhaltet das IECEx Certified Equipment Scheme, das IECEx Certified Service Facility Scheme und das IECEx Certificate of Personal Competence. IECEx hat seit Jahrzehnten eine führende Rolle bei der Sicherheitszertifizierung im Wasserstoffsektor. Tatsächlich wurden bis heute mehr als 30.000 IECEx-Zertifikate für Geräte ausgestellt, die auch dort gefahrlos genutzt werden können, wo Wasserstoff vorhanden sein könnte. IECEx überwacht die Einhaltung internationaler Normen, die sich mit der Sicherheit von Wasserstoff auseinandersetzen, wie die von IEC/TC 31 entwickelten Normen. Eine IECEx-Zertifizierung ist nach wie vor ein wertvolles Instrument zur Erleichterung des wasserstoffbezogenen Handels auf nationaler und internationaler Ebene.

Um den sich verändernden Bedürfnissen der neuen Wasserstoffwirtschaft gerecht zu werden, hat IECEx 2022 sein Programm zur Bewertung und Zertifizierung der Kompetenz von Mitarbeitenden, die in potentiell gefährdeten Bereichen arbeiten, um zusätzliche Punkte erweitert, deren Fokus auf der Kompetenz bezüglich der Sicherheit von Wasserstoff liegt. Außerdem hat eine IECEx-Arbeitsgruppe, die für die Anwendung von IECEx in der Wasserstoffwirtschaft verantwortlich ist, einheitliche Verfahren für die IECEx-Zertifizierung von Anlagen, Komponenten und Systemen im Zusammenhang mit der Herstellung, Abgabe und Verwendung von gasförmigem Wasserstoff entwickelt. Diese Aktualisierung entspricht ISO 19880-2, die sich mit Abgabeeinrichtungen und Abgabesystemen für gasförmigen Wasserstoff in Betankungsanlagen auseinandersetzt.

Konformitätsbewertung: Freier Warenfluss weltweit

Der Begriff „Konformitätsbewertung“ (engl. „Conformity Assessment“) ist weitläufig bekannt, in vielen Fällen jedoch nicht greifbar. Im Wesentlichen sorgt Konformitätsbewertung für einen freien Warenfluss innerhalb eines oder auch zwischen verschiedenen Märkten der Welt. Zur Bewertung von Produkten, Verfahren und Dienstleistungen gelten sowohl nationale Gesetze als auch internationale Richtlinien und Verordnungen. Unser Fachbeitrag zur Konformitätsbewertung fasst die wichtigsten Aspekte zusammen und gibt Antworten auf häufig gestellte Fragen.

Katy Holdrege, Vorsitzende von IECEx, verweist auf die Richtlinie (EU) 2024/1788, die gemeinsame Vorschriften für die Binnenmärkte für erneuerbares Gas, Erdgas und Wasserstoff festlegt. „Wahrscheinlich wird sie aktualisiert, um die Notwendigkeit zur Vorlage von Umweltberichten zu Wasserstoff aufzunehmen. IECQ, das IEC Quality Assessment System, bietet entsprechende Verifizierungen an, um die Berichterstattung zu unterstützen. Dies gilt als Wachstumsbereich für die IEC“, erklärt sie.

IECQ bietet Verifizierungen für die Messung und Vorlage von Umweltversprechen, basierend auf international anerkannten, standardisierten Verfahren. Der Fokus liegt vor allem auf der Verifizierung der Aussagen von Unternehmen zu ihrem CO2-Fußabdruck. Sie bieten der Industrie eine unabhängige Verifizierung, die hilft, das Vertrauen von Regulierungsbehörden, öffentlichen Interessengruppen und Verbraucher*innen in die Umweltversprechen von Unternehmen zu stärken.

Diese IEC-Verifizierungen der Umweltversprechen werden als „horizontale Dienste“ angeboten, d. h., dass sie eine Verifizierung des CO2-Fußabdrucks für verschiedene Branchen abdecken. Eine dieser Verifizierungen des CO2-Fußabdrucks beschäftigt sich speziell mit Wasserstoff. Die Verifizierung stellt sicher, dass Unternehmen ISO 19870 befolgen, welche Methoden zur Bestimmung der Treibhausgasemissionen bei der Herstellung, Aufbereitung und dem Transport von Wasserstoff beschreibt. Sie hilft bei der Verifizierung, dass die Messung und Meldung von Emissionen während des gesamten Lebenszyklus der Wasserstoffnutzung, von der Herstellung über Transport und Aufbereitung bis zur Nutzung durch die Endverbraucher*innen, gemäß ISO Standard erfolgt sind.

Da Unternehmen versuchen, ihren Kohlendioxidausstoß zu reduzieren, wird eine rapide steigende Nachfrage nach kohlenstoffarmem Wasserstoff erwartet. Ein starker Rahmen aus Normen und Konformitätsbewertungssystemen ist unerlässlich für die Marktakteure, um darauf vertrauen zu können, dass Wasserstoff fossile Brennstoffe sicher ersetzen kann, und um dazu beizutragen, dass die Technologiekosten sinken.

Redaktioneller Hinweis:

Der englischsprachige Originalartikel von Monica Heck erschien erstmals auf etech.iec.ch in der Ausgabe 03/2026 unter:
https://etech.iec.ch/issue/2026-03/how-can-hydrogen-decarbonize-industry

In der alltäglichen und gesellschaftlichen Diskussion ist sie ein ebenso großes Thema wie in der DKE – die Rede ist von der Energie. Unsere Normungsexperten bringen ihr Wissen aber nicht nur ein, um die Energieversorgung und -verteilung zukünftig „smart“ und dezentral zu machen, sondern leisten einen ebenso hohen Beitrag für den Betrieb elektrischer Anlagen und bei der flächendeckenden Verbreitung erneuerbarer Energien. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im