Im Zillertal plant man die Zukunft auf Schienen. Sie ist blau-weiß, emissionsfrei und schlängelt sich zwischen malerischen Berggipfeln und saftigen Wiesen. Ab dem Winter 2024 stößt die Zillertalbahn keine umweltschädlichen Abgase mehr aus, sondern nur noch Wasser und Luft. Die Züge werden mit einer Brennstoffzelle angetrieben. Statt Diesel wird Wasserstoff getankt. Damit endet die 100 Jahre währende Diesel-Ära der Bahn. Die Betreiber leisten Pionierarbeit.

Wasserstoff gilt als großer Hoffnungsträger für eine grüne Wirtschaft. Das chemische Element ist in jedem Wassermolekül gebunden. Wasserstoff ist aber nicht gleich Wasserkraft. Letztere treibt Turbinen an, Wasserstoff wird verbrannt. Der Clou ist, dass bei seiner Verbrennung keine klimaschädlichen Gase freigesetzt werden. Und obendrein steckt in Wasserstoff eine gewaltige Menge Energie. So viel, um Raketen ins All zu schießen.

Wassertropfen

In der Raumfahrt ist Wasserstoff unentbehrlich. Er hat jedoch das Potenzial, ganze Wirtschaftszweige nachhaltiger machen. Gerade in energieintensiven Branchen wie der Stahlproduktion könnte Wasserstoff helfen, Emissionen zu vermeiden. Und er könnte Energieschwankungen ausgleichen. Komprimiert und gekühlt lässt sich Wasserstoff auch lagern.

Wirtschaft, Gesellschaft und Politik rennt aber die Zeit davon. In zehn Jahren sollen in Österreich 100 Prozent des Strombedarfs aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden. Bis 2040 strebt das Land Klimaneutralität an. Es braucht also eine saubere Energiequelle, wenn Fabriken produzieren, Autos und Lkw fahren und Heizungen laufen sollen, ohne dass zusätzliche Treibhausgase in die Atmosphäre geblasen werden. Nur so werden auch die Pariser Klimaziele erreicht.

Nicht jeder Wasserstoff ist umweltfreundlich

Österreich ist auf einem guten Weg. Bereits heute liefern Wasser-, Wind- und Solarkraft sowie Biomasse 72 Prozent des Strombedarfs. Doch das Potenzial ist begrenzt. Wasserkraft ist so gut wie ausgeschöpft, Biomasse nur beschränkt einsetzbar. Österreich muss den Ausbau von Photovoltaik und Wind vorantreiben. Und auch bei diesen gibt es Hürden.

Da kommt der Wasserstoff gerade recht. Er soll Schwung in die Energiewende bringen. Die Erwartungen an ihn sind hoch. Er soll helfen, den CO2-Ausstoß radikal zu senken. "Erneuerbarer Wasserstoff wird eine bedeutende Rolle bei der Erreichung der Klimaneutralität bis 2050 in Europa spielen", sagte Umweltministerin Leonore Gewessler (Grüne) erst kürzlich.

Doch steckt in dem Element mit der Ordnungszahl 1 wirklich der Heilsbringer für eine "grüne" Wirtschaft? Setzen sich Wasserstofffahrzeuge im Verkehr durch? Gelingt die Energiewende nur mit ihm? Oder ist alles nur ein teurer Hype?

Beginnen wir mit dem Teilchen, von dem eigentlich die Rede ist: dem Wasserstoff-Atom. In seiner natürlichen Form kommt es kaum vor. Wasserstoff herzustellen, ist prinzipiell einfach, aber aufwendig. Denn man muss sehr viel Energie von außen zuführen. Wasserstoff kann auf verschiedene Arten hergestellt werden. Doch nicht alle sind umweltfreundlich. "Grauer" Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas gewonnen. Das verstärkt allerdings den Treibhauseffekt. Um eine Tonne Wasserstoff zu erhalten, entstehen rund zehn Tonnen CO2.

Verwendet man hingegen Strom aus Wasserkraftwerken, spricht man von "grünem" Wasserstoff. Er entsteht, indem man Wasser mittels Strom in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt (Elektrolyse). Grün deshalb, weil er nachhaltig und CO2-frei produziert wird. Anschließend lässt sich der Wasserstoff in Brennstoffzellen wieder in Strom umwandeln. Strom, der zum Beispiel auch die Zillertalbahn antreibt.

Die Bedingungen im Zillertal sind optimal. Zahlreiche Wasserkraftwerke und Speicherseen produzieren erneuerbare Energie. Um den Wasserstoff zu gewinnen, wird in der Nähe von Mayrhofen eine Elektrolyseanlage gebaut.

Ab dem Winter 2024 tankt die Zillertalbahn in Tirol nur noch Wasserstoff statt Diesel. - © Zillertaler Verkehrsbetriebe AG
Ab dem Winter 2024 tankt die Zillertalbahn in Tirol nur noch Wasserstoff statt Diesel. - © Zillertaler Verkehrsbetriebe AG

Die Entscheidung, auf Wasserstoff zu setzen, fiel nicht zuletzt auch wegen dem Preis. "Der Wasserstoff-Zug ist rund fünf Prozent günstiger als ein herkömmlicher Elektrozug", sagt Helmut Schreiner, Technikvorstand der Zillertaler Verkehrsbetriebe AG. Positiver Nebeneffekt: Es führen keine Stromleitungen quer durch das Tal. Damit sei man unempfindlicher gegen Unwetter, sagt Schreiner. Die Züge fassen mit 450 Fahrgästen mehr als bisher, die Taktung wird verdichtet und über eine Erhöhung der Tourismustaxe will man die Nutzung gratis anbieten. So will man mehr Menschen von der Straße auf die Schiene bringen.

Kostbaren Energieträger klug einsetzen

Schrittweise nähert sich das Zillertal der Vision einer grünen Tourismusregion an. "Mittelfristig sollen auch 50 Busse auf Wasserstoff umgestellt werden, später auch die Pistenraupen", sagt Schreiner. Das Projekt setzt Maßstäbe in Sachen Nachhaltigkeit. Doch es kostet auch eine Stange Geld. 220 Millionen Euro werden insgesamt in Infrastruktur und neue Züge investiert. Ohne die Hilfe von Bund und Land könnte die Region das Projekt nicht stemmen.

In dem kleinen Teilchen steckt also genug Energie, um 450 Menschen umweltfreundlich von A nach B zu transportieren. Warum setzt man Wasserstoff nicht generell mehr ein? "So einfach ist es nicht", sagt Claudia Kemfert. Die renommierte Energieökonomin vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung beschäftigt sich seit mehr als 15 Jahren mit Energieforschung und Umwelt. Sie warnt vor Euphorie. "Von der Herstellung bis zur Nutzung von Wasserstoff gehen bis zu 80 Prozent der Energie verloren", sagt Kemfert gegenüber der "Wiener Zeitung".

"Von der Herstellung bis zur Nutzung von Wasserstoff gehen bis zu 80 Prozent der Energie verloren"

Energieökonomin Claudia Kemfert

Wasserstoff sei nur sinnvoll für Bereiche, wo es keine elektrische Alternative gibt. Im Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr oder der Industrie sieht sie eine mögliche Verwendung. Wasserstoff muss aus Ökostrom gewonnen werden und sei deshalb ein sehr kostbarer Energieträger, der nur begrenzt eingesetzt werden sollte, fordert die Ökonomin. "Einen SUV damit betreiben oder die Wohnung heizen werden Sie damit nicht, weil es zu teuer ist."

Dabei wäre gerade der Straßenverkehr ein Sektor, in dem dringender Handlungsbedarf besteht. In Österreich verursacht er rund 30 Prozent aller CO2- Emissionen. Immer mehr Autos fahren auf den heimischen Straßen. Das Gegenteil ist das Ziel. Und wenn das nicht gelingt, dann sollten es zumindest umweltfreundlichere Fahrzeuge sein.

Wassertropfen

Viele Hürden für den Wasserstoffbus

Tankt man dann künftig flüssigen Wasserstoff? Wohl eher nicht. Das Elektroauto hat seinen Wasserstoff-Konkurrenten schon lange überholt. Zu Recht sagen Experten. Denn im direkten Vergleich von Batterien und Wasserstoff schneidet Letzterer schlechter ab. "Die Batterie hat einen Wirkungsgrad von 90 Prozent, das ist nicht zu schlagen", sagt Manfred Schrödl vom Institut für Energiesysteme und elektrische Antriebe der TU Wien. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle liegt hingegen bei 50 Prozent. "Wasserstoffautos sind Energieverschwendung."

Auf den Straßen sieht man sie selten. Lediglich zwei Dutzend Wasserstoff-Autos sind in Österreich zugelassen. Der hohe Preis schreckt ab: Sie sind doppelt so teuer als batteriebetriebene. Hauptargument gegen ein solches Auto dürfte aber die fehlende Infrastruktur sein. Bundesweit gibt es derzeit gerade einmal fünf Wasserstoff-Tankstellen. "Wenn sie im Waldviertel wohnen und die nächste Tankstelle in Krems liegt, ist das unrealistisch", sagt Schrödl.

"Die Batterie hat einen Wirkungsgrad von 90 Prozent, das ist nicht zu schlagen"

Manfred Schrödl, Institut für Energiesysteme und elektrische Antriebe der TU Wien

Der Familienausflug im Wasserstoffauto hat vermutlich keine Zukunft. Mehr Potenzial steckt aber im Schwerlast- und Nutzverkehr. Lastwagen brauchen für große Reichweiten mehr Batterieleistung. Mehr Batterie heißt aber auch mehr Gewicht. Und dem sind Grenzen gesetzt. Für die Frächter ist die Frage entscheidend, welche Technik pro Kilometer billiger ist. "Es wird ein Break-even geben, vielleicht bei 500 oder 1000 Kilometer, darunter wird sich ein Wasserstoff-Lkw nicht rechnen", sagt Schrödl.

Wasserstoff macht also Sinn, wenn Güter oder viele Menschen transportiert werden sollen. Erst Anfang Juni haben die Wiener Linien einen Wasserstoff-Bus getestet. 400 Kilometer fuhr der Bus mit einer Tankladung. Ein "sehr gutes Resultat", wie es von den Wiener Linien heißt. Von Fahrern und Gästen bekamen die Verkehrsbetriebe positives Feedback. Wasserstoff und Elektromobilität sei ganz klar ein großes Thema. Bis 2023 wollen die Wiener Linien zehn Wasserstoff-Busse anschaffen. Gebremst wird der Ausbau in erster Linie noch vom Preis. Im Vergleich zu herkömmlichen Dieselbussen sind Wasserstoff-Modelle doppelt so teuer. Rechnet man die Errichtung der nötigen Infrastruktur wie Tankstellen noch hinzu, summieren sich die Kosten auf das Dreifache.

Erst Anfang Juni haben die Wiener Linien einen Wasserstoff-Bus getestet. 400 Kilometer fuhr der Bus mit einer Tankladung. - © Wiener Linien, M.HELMER
Erst Anfang Juni haben die Wiener Linien einen Wasserstoff-Bus getestet. 400 Kilometer fuhr der Bus mit einer Tankladung. - © Wiener Linien, M.HELMER

In der Praxis gibt noch weitere Hürden, die Ansprüche an die Busse sind hoch. Dies beginnt bei kleinen Dingen wie den ästhetischen Wünschen der Fahrgäste und endet beim Einfluss der Temperaturen auf den Antrieb. "Die Marktreife ist ein Problem", sagt eine Sprecherin der Wiener Linien. Bis also alle der 400 Busse der Wiener Linien nur noch mit Wasserstoff unterwegs sind, wird noch viel Zeit vergehen.

Neu ist die Idee von Wasserstoff als Energieträger nicht. Seit rund 40 Jahren wird daran geforscht. Nun drängt die Zeit, denn der Klimawandel schreitet voran. In der Industrie wird heute bereits in vielen Bereichen wie etwa der Ammoniakherstellung oder der Halbleiterindustrie Wasserstoff verwendet. Allerdings kommt grauer Wasserstoff aus Erdgas zum Einsatz. Unternehmen müssen sich deshalb überlegen, wie sie in Zukunft produzieren wollen, ohne mit Treibhausgasen die Umwelt zu belasten.

Die Chemie- und Stahlbranche steht vor enormen Herausforderungen. Stahlkonzerne wie Thyssen-Krupp oder ArcelorMittal forschen längst daran, ihre Produktion in den kommenden Jahrzehnten auf Wasserstoff umzustellen. ArcelorMittal will in fünf Jahren erstmals 100.000 Tonnen Stahl mit Wasserstoff herstellen. Bislang wird ein Gemisch aus Eisenerz und Kohlekoks im Hochofen zu Roheisen verfeuert. Dabei entsteht sehr viel Kohlendioxid.

Stahlindustrie sucht saubere Alternative

Hierzulande sucht die voestalpine einen Weg aus den Emissionen. Mit 12,3 Millionen Tonnen CO2 im Jahr ist sie der Konzern mit den meisten CO2-Emissionen in Österreich. Wasserstoff birgt die Chance, sich von der Kohle zu verabschieden. Im November 2019 ging am Standort in Linz laut voestalpine die weltweit größte Elektrolyseanlage in Betrieb. Mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien stellt man dort emissionsfrei Wasserstoff her. Bis 2021 soll in der von der EU geförderten Anlage getestet werden, wie grüner Wasserstoff fossile Energieträger in der Stahlproduktion ablösen soll.

Der Umstieg auf Wasserstoff steckt aber noch in den Kinderschuhen. Um die gesamte voestalpine zu versorgen, bräuchte es 500 solcher Elektrolyse-Anlagen. Für eine komplette Dekarbonisierung des Konzerns wären fast 30 Terawattstunden (TWh) Elektrizität im Jahr nötig - 30 Mal so viel, wie das Donaukraftwerk Freudenau liefert. Langfristig plant voestalpine, den Anteil von Wasserstoff und erneuerbarer Energie schrittweise zu steigern, um bis 2050 die CO2-Emissionen um mehr als 80 Prozent reduzieren zu können. Vom "grünen" Stahl ist man also noch etliche Jahre entfernt.

Im November 2019 ging am Standort in Linz laut voestalpine die weltweit größte Elektrolyseanlage in Betrieb. Mit Hilfe von Strom aus Erneuerbaren Energien stellt man dort emissionsfrei Wasserstoff her. - © voestalpine, Fotostudio Eder
Im November 2019 ging am Standort in Linz laut voestalpine die weltweit größte Elektrolyseanlage in Betrieb. Mit Hilfe von Strom aus Erneuerbaren Energien stellt man dort emissionsfrei Wasserstoff her. - © voestalpine, Fotostudio Eder

Umstieg wird viele Milliarden kosten

Voraussetzung für die Dekarbonisierung sei laut voestalpine, dass genug Ökostrom zu "wirtschaftlich darstellbaren Preisen und leistungsfähige Netze zur Verfügung stehen". Der Konzern will den kostenintensiven Umstieg nicht allein schultern. "Es muss einen Ausgleich für die aus der Transformation entstehenden Mehrkosten geben", teilt eine voestalpine-Sprecherin mit.

Diese Ansicht teilt man auch beim Energieversorger Verbund, der sowohl bei der Versuchsanlage der voestalpine als auch bei der Zillertalbahn als Kooperationspartner mit an Bord ist. Das Unternehmen produziert in seinen Wasserkraftwerken erneuerbare Energie. "Grüner Wasserstoff wird die Zukunft sein", sagte Verbund-Konzernchef Wolfgang Anzengruber bei einer Energietagung 2019. Knackpunkt ist aber die Wirtschaftlichkeit. "Wir erwarten uns eine Strategie für grünen Wasserstoff. Dazu braucht es Förderungen", sagt Verbund-Sprecherin Ingun Metelko.

Unternehmen werden viele Milliarden Euro in die Hand nehmen müssen, um ihre Produktion umzustellen. "Es geht kein Weg an hohen Investitionen vorbei", sagt Ökonomin Kemfert. Ganz ohne staatliche Hilfe wird es freilich nicht gehen. Kemfert schlägt staatliche Investitionsfonds als Anschubfinanzierung vor, um den Strukturwandel einzuläuten. "Unternehmen können vieles selbst stemmen. Aber es ist sinnvoll, dass der Staat ihnen hilft, um die Transformation zu beschleunigen."

"Wir erwarten uns eine Strategie für grünen Wasserstoff. Dazu braucht es Förderungen"

Verbund-Sprecherin Ingun Metelko

Deutschland hat erst Mitte Juni seine Wasserstoffstrategie präsentiert. Das Land will weltweit führend bei grünem Wasserstoff sein. Neun Milliarden Euro flossen nun in Wasserstofftechnologien.

Und was plant Österreich? Im Klimaschutzministerium wird derzeit an einer österreichischen Wasserstoffstrategie gearbeitet. "Wasserstoff ist eine sehr wertvolle Ressource. Wir wollen sie überall dort einsetzen, wo man fossile Energieträger nicht durch Erneuerbare ersetzen kann", heißt es aus dem Ressort von Umweltministerin Gewessler. Um konkrete Vorhaben zu nennen, sei es noch "zu früh". Bis Ende des Jahres soll die Strategie fertig sein und Aufschluss darüber geben, wo und wie Wasserstoff in Österreich eingesetzt werden soll.

Wassertropfen

Erneuerbare müssen dringend ausgebaut werden

Noch ist die Technologie teuer. Die Versuchsanlage der voestalpine kostete 18 Millionen Euro. "Elektrolyseure werden in Handarbeit einzeln hergestellt. Der Markt ist noch nicht besonders groß", sagt Alexander Trattner, Leiter des Wasserstoff-Forschungsinstituts Hycenta in Graz. Er schätzt aber, dass solche Anlagen in fünf bis zehn Jahren kostengünstig produziert werden können.

Die Hauptrolle von Wasserstoff sieht Trattner in der Energieversorgung. Energie aus Wasserkraft, Wind und Sonne steht nicht kontinuierlich zur Verfügung. Im Sommer gibt es zu viel an Energie, im Winter ist es zu wenig. Die Fluktuation ist ein Problem. Wasserstoff könnte es lösen. "Wir wandeln die Überschüsse aus dem Sommer in Wasserstoff um und speichern so die Energie", sagt Trattner. Im Winter kann man den Wasserstoff zurückholen und ihn in Strom und Wärme umwandeln. In Oberösterreich gibt es große, stillgelegte Erdgaslagerstätten. Dort könne man in Zukunft Wasserstoff lagern.

Ob für Industrie, im Verkehr oder auf dem Energiesektor: Bevor wir über Wasserstoff reden, müssen wir die Erneuerbaren ausbauen. Denn derzeit wird 90 Prozent des Wasserstoffs mittels Erdgas hergestellt. Der "graue" Wasserstoff schadet der Umwelt, er verursacht CO2. Gebraucht wird aber grüner Wasserstoff aus Wind-, Sonnen- und Wasserkraft. Nur dann ist er klimaneutral. So wie in Tirol, wo die Zillertalbahn ab 2024 grün angetrieben wird.