Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, im Jahr 2045 klimaneutral zu sein. Das bedeutet, dass die deutsche Wirtschaft keine zusätzlichen CO2-Emissionen mehr ausstößt. Dafür muss das gesamte Energiesystem umgestaltet werden. Ein zentraler Baustein der Energiewende ist die Erzeugung und der Verbrauch von Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Auf der Erzeugungsseite bedeutet das, fossile Kraftwerke wie Gas- und Kohlekraftwerke langfristig durch Erneuerbare Stromerzeuger wie Windräder und Photovoltaikanlagen zu ersetzen (Interner Link: zur Rolle der Kernenergie). Auf der Verbraucherseite werden Technologien, die fossile Energieträger zur Wärmeerzeugung (Erdgaskessel) und für Mobilität (Verbrenner) nutzen, zunehmend durch strombasierte Technologien wie Wärmepumpen und Elektroautos ersetzt. Diese Entwicklung wird auch als „Elektrifizierung“ bezeichnet. Die günstige Verfügbarkeit von erneuerbarem Strom und die hohe Energieeffizienz strombasierter Technologien machen die Elektrifizierung derzeit zum bevorzugten Mittel, um Klimaneutralität zu erreichen. Für manche Anwendungen eignet sie sich allerdings nicht, etwa wenn hohe Energiedichten gebraucht werden, Energie über sehr weite Strecken transportiert werden oder über sehr lange Zeiträume gespeichert werden muss. Daher wird in der Energiewende neben der Elektrifizierung auch auf die Nutzung grüner Moleküle als Energieträger gesetzt – wie zum Beispiel Wasserstoff.
Wasserstoff – aber in welcher Form?
Grüne Moleküle oder grüne Gase zeichnen sich dadurch aus, dass bei der Verbrennung entweder gar keine oder keine zusätzlichen CO2-Emissionen emittiert werden, die nicht vorher bei ihrer Herstellung gebunden wurden. Beispiele sind Biomethan oder Wasserstoff. Während Biomethan aus Pflanzenresten und Abfällen schon heute zur Energieerzeugung genutzt wird, steht die Nutzung von Wasserstoff noch ziemlich am Anfang. Dabei hat Wasserstoff einige große Vorteile als Energieträger: er hat eine sehr große Energiedichte pro Masse (dreimal höher als Erdgas), kann mithilfe von Wasser, Sauerstoff und elektrischer Energie in großen Mengen erzeugen und bei seiner Verbrennung wird kein CO2 freigesetzt. Seine niedrige Energiedichte pro Volumen (ca. fünfmal geringer als Erdgas) in Gasform erschwert aber den Transport über weite Strecken und macht ihn für einige Energieanwendungen ungeeignet. Wasserstoff kann zwar auch verflüssigt werden, dazu bedarf es aber einer Kühlung auf -253 °C unter hohem Energieaufwand.
Daher wird auch die Rolle seiner Folgeprodukte, sogenannte Wasserstoffderivate, in der Energiewende viel diskutiert. Dazu zählen auch synthetische flüssige Kraftstoffe (E-Fuels). Eine zentrale Rolle spielt dabei zum Beispiel Ammoniak, das bei der Reaktion von Stickstoff mit Wasserstoff entsteht. Es ist bereits heute ein wichtiger industrieller Grundstoff, vor allem zur Düngerproduktion, und wird weltweit gehandelt. Um aus Ammoniak wieder Wasserstoff zu gewinnen, braucht es ein Verfahren (Cracking), bei dem je nach Schätzungen bis zu einem Drittel des Energiegehalts verloren gehen (IRENA, 2022). Daher wird vor allem seine direkte Verwendung als Grundstoff und Energieträger breiter diskutiert.
Grünes Methanol ist ein weiteres Wasserstoffderivat. Es entsteht, wenn Wasserstoff mit Kohlenstoff reagiert. Methanol kann als Energieträger klimaneutral sein, wenn der verwendete Kohlenstoff der Atmosphäre entnommen wird und somit bei der Verbrennung kein zusätzliches CO2 emittiert wird. Auch grünes Methanol ist relativ einfach zu transportieren und globale Handelsrouten sind bereits etabliert. Weiterhin wird an dem Einsatz von synthetischen Kraftstoffen geforscht, wie zum Beispiel e-Kerosin, e-Diesel oder Naphtha. Auch diese basieren auf Kohlenstoff und müssen damit in einen nachhaltigen Kohlenstoffkreislauf eingebunden sein, um klimaneutral zu sein. Aufgrund ihrer stofflichen Ähnlichkeit zu fossilen Treibstoffen erfordern sie allerdings geringfügigere Infrastrukturanpassungen. Sowohl für Methanol als auch für synthetische e-Kraftstoffe ist noch unklar, ob eine vollständig klimaneutrale Erzeugung möglich ist und wie teuer diese wäre. Bei der Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff und allen aufgezählten Wasserstoffderivaten besteht noch viel Forschungsbedarf. Klar ist, dass mit jedem Umwandlungsprozess ein zusätzlicher Energieaufwand notwendig ist. Somit müssen für jeden Anwendungsfall die vorteilhaften Speicher- und Transporteigenschaften gegenüber der geringeren Energieeffizienz abgewogen werden.
Wasserstofferzeugung: grau, blau, grün?
Wasserstoff ist ein geruchloses und farbloses Gas. Wer von den verschiedenen „Farben“ von Wasserstoff spricht, meint daher nicht das Gas selbst, sondern bezieht sich auf seine Erzeugungsart.
Wasserstoff kann in verschiedenen Prozessen gewonnen werden: die heutzutage üblichste Art ist die Dampfreformierung. Dabei wird Erdgas mit Wasserdampf erhitzt, um Wasserstoff zu erzeugen. Dabei fallen als Nebenprodukt CO2-Emissionen an. Daher wird der entstehende Wasserstoff als „grau“ eingestuft. Werden die CO2-Emissionen nach der Dampfreformierung aufgefangen („Carbon Capture“), sodass sie nicht in die Atmosphäre gelangen, spricht man von „blauem“ Wasserstoff als Endprodukt. Bei der alternativen Methanpyrolyse wird auch Erdgas als Grundstoff verwendet, Kohlenstoff entsteht dabei allerdings als festes Nebenprodukt und kann ebenfalls gelagert oder weiterverarbeitet werden. Ein weiteres alternatives Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff ist die Wasser-Elektrolyse. Dabei wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Bei diesem Prozess fallen keine CO2-Emissionen an. Wenn der Strom für die Elektrolyse dazu mit erneuerbaren Energien erzeugt wird, wird der entstandene Wasserstoff als „grün“ bezeichnet. Obwohl auch blauer Wasserstoff das Potenzial zur Klimaneutralität hat, ist nicht gesichert, dass die entstandenen CO2-Emissionen nicht doch in die Atmosphäre entweichen. Zudem gibt es noch keine gesicherten Konzepte, was mit dem CO2 nach der Einspeicherung passieren soll. Daher ist Stand heute nur grüner Wasserstoff wirklich klimaneutral.
Daneben gibt es noch einige weitere „Farben“, die in der Diskussion um klimaneutralen Wasserstoff eine Rolle spielen. Wird bei der Elektrolyse zum Beispiel ausschließlich Atomstrom verwendet, spricht man auch von „pinkem“ oder „rotem“ Wasserstoff. Verwendet die Elektrolyse einen Strommix, in dem sowohl Strom aus fossilen als auch erneuerbaren Quellen enthalten ist, bezeichnet man ihn als „gelben“ Wasserstoff. Die farbliche Unterscheidung sagt also vor allem etwas darüber aus, wie klimafreundlich der erzeugte Wasserstoff ist.
Wasserstoffnachfrage
Wieviel Wasserstoff in Zukunft in Deutschland gebraucht wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab: technische Entwicklungen, politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen. Zudem beeinflussen einzelwirtschaftliche Entscheidungen von Unternehmen und Verbrauchern, in welchen Sektoren Wasserstoff nachgefragt werden wird. Da diese Faktoren mit Unsicherheit behaftet sind, entwerfen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedliche Szenarien, die Annahmen zu zukünftigen Entwicklungen treffen: Wasserstoffpreise auf dem Weltmarkt, zukünftige Energiebedarfe, Investitionskosten für Technologien, technische Effizienzen und Alternativen.
Verschiedene Leitstudien prognostizieren die zukünftige Wasserstoffnachfrage Deutschlands bis 2030 auf 95 bis 130 TWh. Auf dieser Grundlage wird auch Externer Link: die Nationale Wasserstoffstrategie fortgeschrieben. Zum Vergleich: der Bruttostromverbrauch in Deutschland bewegt sich seit Jahren zwischen 620 und 520 TWh und könnte je nach Szenario bis 2030 auf bis zu 920 TWh ansteigen (EWI & BET, 2025).
Trotz einzelner Unterschiede ähneln sich die die Szenarien in der Grundtendenz:
Industrie
Bis zu 76 Prozent (Fraunhofer ISE, 2024) der gesamten Wasserstoffnachfrage im Jahr 2040 wird in der Industrie erwartet, vor allem für Prozesswärme und als Grundstoff. Den niedrigsten Anteil schätzt Agora (2025) bei 37 Prozent. Der Stahlsektor könnte hier eine entscheidende Rolle spielen. Um die Stahlproduktion klimafreundlich zu machen, ist es derzeit am vielversprechendsten, die gängigen Hochöfen durch Direktreduktionsanlagen (DRI-Anlagen) zu ersetzen. Diese erzeugen mithilfe von Wasserstoff Eisenschwamm, der dann zu Stahl weiterverarbeitet wird.
Stromspeicher
Weiterhin sehen die meisten Szenarien einen langfristigen Wasserstoffbedarf im Stromsektor. Hier kann Wasserstoffspeicherung über den Jahresverlauf helfen, überschüssige erneuerbare Energie aus Wind und Sonne in Wasserstoff umzuwandeln, in großen Untergrundspeichern zu speichern und dann bei Bedarf mithilfe von Gasturbinen wieder in Strom umzuwandeln. Mit dem Ausstieg aus den fossilen Energien bietet Wasserstoff dadurch dringend erforderliche saisonale Flexibilität im Stromsystem. Dafür braucht es ausreichend Speicherkapazität für den Wasserstoff, aber auch genug Gaskraftwerke. Dafür müssen, wenn möglich, bestehende Gaskraftwerke für die Verwendung von Wasserstoff umgerüstet werden („H2-ready“), aber auch neue wasserstofffähige Gaskraftwerke gebaut werden.
Schiffs- und Flugverkehr
Schließlich könnte auch der Verkehrssektor ein Wasserstoffabnehmer werden, explizit der Schiffs- und Flugverkehr. Hier sehen die Forschenden vor allem ein hohes Potenzial für den Umstieg auf synthetische Kraftstoffe auf der Basis von Wasserstoff, zum Beispiel e-Kerosin. Im Straßenverkehr hingegen spielt Wasserstoff wahrscheinlich keine große Rolle. Hier könnte er zum einen in Form von Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, wobei Autos direkt Wasserstoff tanken und dieser dann in der Brennstoffzelle im Auto in Strom umgewandelt wird, der einen Elektromotor antreibt. Zum anderen ist auch die Nutzung von e-Fuels in Verbrennerfahrzeugen denkbar. Beide Konzepte haben aber klare Kostennachteile gegenüber der Elektromobilität. Zudem ist die Ladeinfrastruktur für E-Autos bereits besser ausgebaut als Wasserstofftankstellen für Brennstoffzellenautos.
Wärmesektor
Im Wärmesektor sehen die Szenarien Wasserstoff überwiegend im Nachteil gegenüber Alternativen, wie vor allem Wärmepumpen. Grünen Strom zuerst in Wasserstoff umzuwandeln, bevor man ihn in Wasserstoffboilern zum Heizen verwendet, ist im Vergleich zur direkten Nutzung ineffizient. Vor allem angesichts der Unsicherheit bei der Wasserstoffpreisentwicklung und ob zukünftige Gasverteilernetze auf Wasserstoff umstellen, wird das Heizen mit Strom für den Großteil der Haushalte als vorteilhafter bewertet.
Wasserstoffangebot
Um die Wasserstoffnachfrage zu decken, hat sich die deutsche Politik zum Ziel gesetzt, Kapazitäten zur Wasserstoffproduktion in Deutschland aufzubauen. In der Nationalen Wasserstoffstrategie (BMWi, 2020) lag dieses Ziel bei fünf Gigawatt heimischer Elektrolyseleistung, wurde aber 2023 auf zehn Gigawatt erhöht (BMWK, 2023). Bei mittlerer Auslastung der Elektrolyseure könnten damit 28 TWh Wasserstoff im Jahr erzeugt werden. Ein Großteil dieser Elektrolyseure wird in Norddeutschland erwartet, da dort der Zugang zu günstigem und verlässlichem Windstrom besteht. Andere entscheidende Standortfaktoren sind die Nähe zu geplanter Wasserstoffinfrastruktur, wie Speichern und einem Verteilnetz, und die Verfügbarkeit von Wasserquellen (Kirchem et al., 2025). Der Ausbau stockt allerdings erheblich. Bisher sind im Jahr 2026 lediglich 955 Megawatt Elektrolyseleistung in Betrieb, weniger als zehn Prozent der Kapazität, die für 2030 geplant ist.
Ein Großteil des Bedarfes muss voraussichtlich aus Wasserstoffimporten gedeckt werden. Die nationale Wasserstoffstrategie (2023) und die Wasserstoffimportstrategie (BMWK, 2024b) gehen davon aus, dass schon im Jahr 2030 rund 50 bis 70 Prozent des deutschen Wasserstoffbedarfs aus dem Ausland importiert werden müssen. Danach steigt der Importbedarf weiter an, die Systementwicklungsstrategie (BMWK, 2024a) geht dabei von 360 bis 500 TWh Wasserstoff und 200 TWh Wasserstoffderivaten im Jahr 2045 aus. Auch in den meisten Szenarienstudien ergibt sich je nach Annahmen ein hoher Importanteil. Ein Teil davon könnte aus anderen Ländern innerhalb der EU gedeckt werden. Ein erheblicher Anteil wird aber auch aus außereuropäischen Ländern importiert werden müssen. Laut International Energy Agency (IEA) befanden sich Ende 2024 etwa die Hälfte der weltweit installierten Elektrolysekapazität in China (IEA Global Hydrogen Review 2025), und ein Viertel in der EU. Weil viele Projekte aber scheitern, bleibt die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff jedoch unsicher (Odenweller, Ueckerdt, 2025).
Für den Transport von Wasserstoff bestehen im Wesentlichen zwei Optionen. Für Überlandtransporte stellt ein Pipeline-Netz, ähnlich dem heutigen Erdgasnetz, langfristig die günstigste Transportmöglichkeit für reinen Wasserstoff dar (Agora Industrie, 2023). Für den Pipelinetransport innerhalb Deutschlands wurde im Oktober 2024 das Wasserstoffkernnetz genehmigt. Dieses soll bis 2032 eine Länge von 9.040 Kilometern haben und zu 60 Prozent aus umgerüsteten Erdgasleitungen bestehen. Es soll in das auf europäischer Ebene geplante Pipeline-Netz eingebettet werden. Das Wasserstoffkernnetz soll vor allem Wasserstoffproduzenten und große industrielle Wasserstoffabnehmer miteinander verbinden. Vereinzelt könnten dezentrale Abnehmer, die keinen Zugang zum Kernnetz besitzen, auch über Wasserstoffverteilnetzen versorgt werden.
Für den internationalen Wasserstoffhandel ist als zweite entscheidende Transportoption der Schiffstransport vorgesehen, allerdings eher in Form verschiedener Derivate. Dafür braucht es Hafenkapazitäten und die nötige Infrastruktur für den Weitertransport.
Wasserstoffspeicher
Studien schätzen den Bedarf an Wasserstoffspeichern in Deutschland zwischen 32 und 80 TWh pro Jahr im Jahr 2045 (BMWK, 2025). Für die langfristige Wasserstoffspeicherung werden drei wesentliche Konzepte diskutiert: Salzkavernen, Porenspeicher und Aquifer. Salzkavernen sind künstliche Hohlräume in unterirdischen Salzstöcken. Sie werden heute schon großflächig zur Erdgasspeicherung verwendet und könnten potenziell für die Wasserstoffspeicherung umgerüstet werden. Das größte Potenzial für Salzkavernen in Europa befindet sich in Norddeutschland. Damit biete sich auch das Potenzial für Deutschland, ein europäischer Wasserstoffhub zu werden. Bei Porenspeichern wird das Wasserstoffgas wie bei einem Schwamm in die Gesteinsporen geeigneter Gesteinsschichten gepresst. Sind die Gesteinsporen mit Wasser oder Sole gesättigt, spricht man von einem Aquifer. Das theoretische Potenzial von Porenspeichern und Aquifern zur Wasserstoffspeicherung ist groß, und vor allem weiter verbreitet in Europa, der Forschungs- und Entwicklungsbedarf ist allerdings noch hoch.
Wasserstoffpolitik
Um grünen Wasserstoff für die Energieerzeugung und Nutzung zu etablieren, muss ein Markt geschaffen werden, auf dem dieser gehandelt werden kann. Die Nachfrage nach Wasserstoff kommt heute vor allem von Raffinerien und der Industrie, die ihn als Grundstoff benötigt. Als Energieträger wird er heute nur zu sehr geringem Anteil nachgefragt und umfasst aus Kostengründen vor allem grauen Wasserstoff. Um grünen Wasserstoff in großem Maße zu erzeugen, müssen weltweit Elektrolyseure gebaut werden. Dafür müssen zu Beginn große Anfangsinvestitionen getätigt werden. Unternehmen investieren aber nur, wenn sie erwarten können, dass sich ihre Investitionen am Markt rentieren. Gleichzeitig wird grüner Wasserstoff nur nachgefragt, wenn der Preis im Vergleich zu grauem Wasserstoff konkurrenzfähig ist. Diese gegenseitige Abhängigkeit erzeugt eine Marktstarre, in der weder Angebot noch Nachfrage steigen. Dies kann nur aufgelöst werden, indem durch Interner Link: politische Anreizinstrumente der Hochlauf von Angebot und Nachfrage koordiniert wird.
Nachfrageförderung
Ziel ist es, Unternehmen beim Umstieg auf die Nutzung von grünem Wasserstoff zu unterstützen und durch Nachfrageförderung ein Signal für mehr Abnahmesicherheit bei Wasserstoffproduzenten zu senden. Grundvoraussetzung dafür ist eine allgemein anerkannte Zertifizierung von grünem Wasserstoff, wenn er ausschließlich aus erneuerbarem Strom hergestellt wird. Diese Zertifizierung sorgt für Transparenz und Vertrauen im Markt. Die EU hat dafür im Rahmen der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED III) sowie in der Gasbinnenmarktrichtlinie und -verordnung verbindliche Kriterien dafür festgelegt, ein weltweit einheitliches System existiert jedoch bislang noch nicht.
Ein weiterer Hebel ist der europäische CO2-Grenzausgleich (CBAM), der ab 2026 auch für importierten Wasserstoff und Ammoniak gilt. Er sorgt dafür, dass bestimmte importierte Produkte mit einem CO2-Aufschlag belegt werden, wenn sie außerhalb der EU klimaschädlich hergestellt wurden. Damit werden zum einen europäische Produzenten von grünem Wasserstoff geschützt. Zum anderen schützt der Mechanismus auch Unternehmen, die auf Basis von grünem Wasserstoff produzieren, zum Beispiel Hersteller von grünem Stahl.
Auch die deutsche Kraftwerksstrategie spielt eine Rolle für die Förderung der Wasserstoffnachfrage im Stromsektor. Geplant sind neue Gaskraftwerke mit einer Leistung von 12 Gigawatt, die auf Wasserstoff umgestellt werden können. Diese „H2-ready“-Kraftwerke sollen ab 2045 ausschließlich Wasserstoff verbrennen.
Angebotsförderung
Parallel dazu wird auch die heimische Wasserstoffproduktion gefördert. Eine zentrale Rolle spielt die Europäische Wasserstoffbank. Sie soll die Produktion von grünem Wasserstoff in der EU fördern, indem sie Zuschüsse über wettbewerbliche Auktionen vergibt. 2023 startete eine erste europaweite Pilotauktion, seitdem wurde insgesamt 22 Projekten Förderung zugesprochen (European Hydrogen Bank). Langfristig soll dieses Instrument auch den gemeinsamen Einkauf von Wasserstoff aus Drittstaaten ermöglichen. Ergänzend unterstützt auch die Europäische Investitionsbank mit einem speziellen Fonds für grünen Wasserstoff entsprechende Projekte. Für Deutschland ist zudem das Förderinstrument H2Global von großer Bedeutung. Es soll den Import von grünem Wasserstoff und Wasserstoffderivaten wie Ammoniak oder grünem Methanol aus außereuropäischen Ländern anstoßen. Das Instrument implementiert ein Doppelauktionsmodell: Internationale Wasserstoffproduzenten bieten auf Lieferverträge mit einer bundeseigenen Gesellschaft, heimische Abnehmer ersteigern den Wasserstoff in einer zweiten Auktion. Die Differenz zwischen Einkaufs- und Verkaufspreis, und damit das Risiko, trägt der Staat. Deutschland ist zudem weltweit Wasserstoffpartnerschaften eingegangen, um langfristige Importmengen zu sichern. Diese nehmen unterschiedliche Formen der Zusammenarbeit an, von gemeinsamen Industrieprojekte über gemeinsamen Wasserstoffstrategien bis hin zu expliziten bilateralen Wasserstoffabkommen.
Fazit
Grüner Strom ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Obwohl der Ausbau erneuerbarer Energien voranschreitet, sollte grüner Strom weiterhin als knappe Ressource betrachtet werden, die es möglichst effizient einzusetzen gilt. Im Gebäude- und Mobilitätssektor sind Wärmepumpen und Elektroautos in der Breite oft die effizientesten und kostengünstigsten Lösungen. Grüner Wasserstoff und seine Derivate, etwa synthetische Kraftstoffe, spielen vor allem dort eine wichtige Rolle, wo direkter Strom an seine Grenzen stößt. In Teilen der Industrie, zum Beispiel bei der Stahl- oder Chemieproduktion, werden sehr hohe Temperaturen oder spezielle chemische Prozesse benötigt, die sich nicht einfach elektrifizieren lassen. Ähnliches gilt für den Schiffs- und Flugverkehr. Auch für die langfristige Stromspeicherung kann Wasserstoff ein wichtiger Baustein sein.
Die Wasserstoffwirtschaft ist derzeit von großer Dynamik geprägt. Weltweit werden Projekte angekündigt, Unternehmen investieren, und viele Länder entwickeln Strategien. Doch nach der anfänglichen Euphorie ist auch eine gewisse Ernüchterung eingetreten: Manche Projekte verzögern sich oder werden gar nicht realisiert. Unsicherheitsfaktoren vor allem für Unternehmen, die auf die Nutzung von grünem Wasserstoff umstellen, bleiben die Infrastruktur und der Preis. Die zukünftigen Marktstrukturen, Strompreise und globalen Lieferketten werden die zukünftige Preisentwicklung maßgeblich beeinflussen. Die Politik muss dabei klare Rahmenbedingungen setzen und kann mit Investitionsanreizen auf der Angebots- und Nachfrageseite die Risiken in der Markthochlaufphase mindern.
Dana Kirchem ist wissenschaftliche Mitarbeiterin der Forschungsgruppe „Transformation der Energiewirtschaft“ in der Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW Berlin). Ihre Promotion absolvierte sie am University College Dublin und dem Social and Economic Research Institute (ESRI) Dublin zur Modellierung von Nachfrageflexibilitäten in integrierten Energie-Wasser-Systemen. Zuvor studierte sie Volkswirtschaftslehre an der Universität Münster. Ihre Forschungsinteressen umfassen den Ausbau erneuerbarer Energien und verschiedene Aspekte der Sektorenkopplung, unter anderem die Nutzung und Speicherung von grünem Wasserstoff.
