Wasserstoff in Kommunen

Der Wasserstoff gilt als ein Schlüsselelement der Energiewende - er kann zukünftig in vielen Anwendungen fossile Brennstoffe ersetzen und zugleich als Speichermedium für überschüssige regenerativ erzeugte Energie dienen. Doch bis dahin fehlt es noch an vielem: Enorme Kapazitäten zur Erzeugung von Wasserstoff müssen aufgebaut werden, nicht nur in Deutschland - absehbar müssen große Mengen "grünen" Wasserstoffs auf Jahrzehnte hinaus importiert werden. Zugleich muss eine neue Infrastruktur für seine Speicherung und Verteilung geschaffen bzw. die vorhandene Infrastruktur ertüchtigt werden. Hierfür sind Investitionen von -zig, vielleicht über hundert Milliarden Euro notwendig. Mit einer Wasserstoffstrategie und einer ergänzenden Importstrategie versucht die Bundesregierung, dies gewünschte Entwicklung zu beschleunigen.

Dabei muss sich erst noch herausstellen, für welche Anwendungen der Wasserstoff letztlich wirklich geeignet ist und gegenüber anderen Möglichkeiten bevorzugt werden sollte. Immerhin ist seine Herstellung und ggf. Umwandlung in andere Stoffe oder Energieformen teils mit erheblichen Verlusten verbunden. Nicht alle von interessierter Seite - z.B. der Gaswirtschaft - propagierten Einsatzformen sind tatsächlich ein tauglicher Beitrag zur Energiewende und zum Klimaschutz. So erfordert beispielsweise die Erzeugung von Wasserstoff für die Gebäudeheizung rund sechsmal soviel Strom wie die Verwendung von Wärmepumpen.

• Mehr dazu im ausführlichen Artikel: Wasserstoff

Kommunale Bedeutung

Auf allen Stufen der Wasserstoff-Wirtschaft - Erzeugung, Speicherung und Transport sowie Verwendung - können und müssen Kommunen und (vor allem) kommunale Unternehmen eine wichtige Rolle spielen. Sie betreiben große Teile der Energie-Infrastruktur, können Anwendungsfelder z.B. im öffentlichen Verkehr oder der Bauwirtschaft erschließen und bei der Entwicklung von Konzepten mitwirken. Manchmal können die öffentliche Hand und damit auch die Kommunen Projekte realisieren, die Private angesichts lukrativerer Investitionsmöglichkeiten nicht ins Auge fassen, oder solche durch Kooperation, Fördermaßnahmen oder Abnahmegarantien ermöglichen.

In seiner Dokumentation Nr. 165 schreibt der Deutsche Städte- und Gemeindebund zu den Potenzialen für die Kommunen: "Wasserstoff kann ein Wegbereiter in den Kommunen werden, der nicht nur die Stickoxid- und CO₂-Belastung in vielen Ballungszentren deutlich reduziert, sondern auch die Entwicklung energieautarker Quartiere möglich macht. Hinzu kommt, dass Wasserstoff ein großes Potenzial bietet, neue Wertschöpfungsketten gerade im ländlichen Raum zu schaffen." Hierbei verweist er auch auf die Möglichkeit, Bundes- und Landesfördermittel einzuwerben.

Viele kommunale Projekte sind - ebenso wie privatwirtschaftliche - noch im Stadium der Machbarkeitsuntersuchungen oder der Planung, oder es handelt sich um Pilotprojekte und testweise gebaute oder betriebene Anlagen. Von einer breiten Anwendung der Wasserstofftechnologien sind wir noch weit entfernt, dafür fehlt es sowohl an verfügbarem preiswertem grünen Wasserstoff als auch an Infrastrukturen. Einzig mit Brennstoffzellen ausgerüstete Busse fahren in einigen wenigen Städten - ohne dass schon klar ist, ob sie sich gegen Batteriefahrzeuge durchsetzen werden.

Für die Planung und Umsetzung von Wasserstoffprojekten bietet es sich häufig an, auf Kooperationen zu setzen; sei es mit Forschungseinrichtungen wie Universitäten oder Institute, sei es mit spezialisierten Firmen. Anregungen und Unterstützung können sich kommunale Unternehmen - je nach Mitgliedschaft - z.B. beim Verband kommunaler Unternehmen (VKU) oder beim Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) holen; dort werden auch Kooperationsprojekte koordiniert. Über Fördermaßnahmen im Rahmen der deutschen Wasserstoffstrategie informiert das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. In neun vom Bund als "Wasserstoffregionen" benannten Regionen werden bereits mit Bundesunterstützung Konzepte entwickelt und Netzwerke aufgebaut.

Ein integrierter Ansatz (Erzeugung, Speicherung, Transport und Verbrauch) setzt auf Synergieeffekte. Beispiel: Die Stadtwerke produzieren Wasserstoff und errichten am Produktionsort eine Wasserstoff-Tankstelle, die von kommunalen Brennstoffzellen-Bussen der Verkehrsbetriebe und/oder von kommunalen Baufahrzeugen genutzt wird (siehe das Beispiel Mainz). Solche Wirtschaftskreisläufe zwischen Erzeugung, Transport und Verbrauch lassen sich oft nur in größeren Städten oder in einer regionale Kooperation schaffen.

Beispiele für kommunale Projekte

Die folgenden nur sehr knapp beschriebenen Projekte stellen eine eher zufällige Auswahl dar und sollen illustrieren, welche Möglichkeiten Kommunen haben, einen Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft zu finden. Die Informationen sind unterschiedlich aktuell, sie stammen aus den Jahren 2021-2024; Aktualisierungen und Ergänzungen sind willkommen. Bewusst wurden auch gescheiterte oder beendete Projekte aufgenommen, um die Schwierigkeiten und Grenzen aufzuzeigen, denen die Wasserstoffwirtschaft begegnet. Weitere Beispiele (mit unterschiedlichem kommunalen Bezug und nicht immer aktuell) sind in den Dokumentationen unter Materialien zu finden.

Wasserstofferzeugung

• Im Klärwerk Waßmannsdorf, das den Berliner Wasserbetrieben gehört, betreibt das Technologieunternehmen Graforce eine Power2Gas-Anlage zur Herstellung von grünem Wasserstoff aus Zentratwasser der Klärschlammentwässerung. Ausgangsstoff ist das im Schmutzwasser enthaltene Ammonium, aus dem sich Wasserstoff mit nur 40% der Energie gewinnen lässt, die für eine Elektrolyse mit reinem Wasser benötigt würde. Aus ca. 70 t Prozesswasser täglich lassen sich rund 50 kg Wasserstoff gewinnen. Der so erzeugte Wasserstoff kostet nicht einmal halb so viel wie grüner Wasserstoff aus der Elektrolyse. Quasi als Nebeneffekt leistet die Anlagen einen Beitrag zur Reinigung des Abwassers.
• Die Stadtwerke Nienburg (Niedersachsen) bauen in einem Gewerbegebiet eine Hybrid-Fabrik zur Erzeugung von grünem Wasserstoff mit dem Strom aus zwei Windenergieanlagen und einem Solarpark. Der Wasserstoff soll direkt vor Ort eine Wasserstoff-Tankstelle versorgen, die für die Betankung von LKW und Bussen zur Verfügung steht.
• Der Wirtschaftsbetrieb Mainz AöR plant im Zentralklärwerk Mainz den Bau einer Elektrolyse-Anlage. Neben dem mit erneuerbarem Strom erzeugten Wasserstoff wird auch der ebenfalls anfallende Sauerstoff aufgefangen und zur Ozonung der zukünftigen 4. Reinigungsstufe des Klärwerks verwendet.
• Der Kreis Düren (NRW) ist nach eigenen Angaben der erste Kreis in Deutschland mit einer eigenen Wasserstoffproduktion. Dafür wurde in einem Gewerbegebiet in Jülich (an dem auch die Kommunen Niederzier und Titz beteiligt sind) durch ein Privatunternehmen ein Solarpark errichtet, die Elektrolyseanlage baute ebenfalls eine Privatfirma. Das Projekt, an dem weitere Partnerunternehmen beteiligt sind, wird durch Bundesmittel gefördert. Der erzeugte Wasserstoff soll für eigene Fahrzeuge des Kreises verwendet, aber auch auf dem Markt angeboten werden. Geplant ist u.a. die Anschaffung eines Wasserstoff-Rettungswagens und langfristig die Umstellung der kompletten Bus-Flotte der VIAS Bus GmbH (180 Fahrzeuge). Der Kreis sieht in dem Projekt einen Beitrag zu seinem Ziel, bis 2035 vollständig klimaneutral zu werden.
• Die Stadtwerke Wunsiedel (Bayern) beteiligen sich neben privaten Unternehmen an einer Elektrolyseanlage, die im Oktober 2023 im Energiepark Wunsiedel ihren Betrieb aufnahm. Sie gilt derzeit als größte Wasserstoffproduktionsstätte in Bayern. Bei Inbetriebnahme war sie auf eine Kapazität von 960 t grünem Wasserstoff jährlich ausgelegt und soll schrittweise auf bis zu 1.750 t ausgebaut werden. Beliefert werden zwei H2-MOBILITY-Stationen in Berg bei Hof und in Dresden, wo grüner Wasserstoff getankt werden kann.
• Die Stadtwerke Haßfurt GmbH (Bayern) und die Hamburger Ökoenergiegenossenschaft Greenpeace Energy haben gemeinsam die Windgas Haßfurt GmbH gegründet, die seit 2016 mit sonst ungenutztem regenerativ erzeugtem Strom eine Power-to-Gas-Anlage betreibt. Ein Wasserstoff-Blockheizkraftwerk gibt die Möglichkeit, bei Bedarf (wenn Wind und Sonne gleichzeitig fehlen, sog. Dunkelflaute) den Wasserstoff rückzuverstromen.

Logo "H2 vor Ort"

Infrastruktur

• In der Plattform H₂ vor Ort arbeiten 48 Unternehmen aus dem Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) zusammen mit dem Verband Kommunaler Unternehmen (VKU) daran, die Gas-Verteilnetze in ihren Kommunen wasserstofftauglich zu machen. Die Umstellung soll auf drei Ebenen erfolgen:

I: Transportleitungsnetze und Verteilnetze im Systemverbund weiterentwickeln,
II: regionale Potenziale für Power-to-Gas und Biomethan frühzeitig heben,
III: individueller Umstellungsprozess der Gasverteilnetze vor Ort.

Die Plattform ist offen für weitere Beteiligte.

• Die Gasnetz Hamburg GmbH plant ein Wasserstoff-Industrie-Netz (HH-WIN) südlich der Elbe, das im Jahr 2030 mit einer Gesamtlänge von 60 km (davon 4 km auf niedersächsischem Gebiet) einen Großteil der dortigen Industrieunternehmen mit grünem Wasserstoff versorgen soll. Gespeist wird das Netz von grünen Wasserstoff, den ein Groß-Elektrolyseur am Standort Hamburg-Moorburg erzeugt. Dessen Inbetriebnahme verzögert sich, statt - wie ursprünglich geplant - 2025 geht er wohl frühestens 2027 in den Betrieb.

Verwendung von Wasserstoff

Gebäudesektor

• Die Gasnetz Hamburg GmbH hat in den Jahren 2020 bis 2022 in einem 273 Wohnungen umfassenden Quartier die Beimischung von bis zu 30% Wasserstoff für den Betrieb der Energiezentrale zur Gebäudeheizung getestet; der Test wird als erfolgreich bewertet.
• Auch in der Wasserstoff-Modellregion Fläming (im südwestlichen Brandenburg und östlichen Sachsen-Anhalt) gibt es ein Pilotprojekt des regionalen Energieversorgers Avacon zur Beimischung von bis zu 20 Prozent Wasserstoff ins Gasnetz.
• Die Stadtwerke Heide planten gemeinsam mit der Thüga die testweise Beimischung von bis zu 20% Wasserstoff im bestehenden Gasnetz zur Gebäudeheizung. Nachdem die Öl-Raffinerie Heide die Pläne zur Errichtung einer Elektrolyse-Anlage aufgab, wurde das Projekt gestoppt.

Nahverkehr

• Die französische Stadt Montpellier hat die für 2023 bis 2025 geplante Anschaffung von 51 mit Wasserstoff betriebenen Bussen Anfang 2022 storniert. Vorgesehen war eine mit Photovoltaik-Strom betriebene Elektrolyse-Anlage, die täglich bis zu 800 kg Wasserstoff für die städtischen Busse produziert. Daraus sollte im Laufe der Zeit eine städtische Wasserstoff-Infrastruktur entstehen. Die Kalkulation ergab jedoch, dass die Betriebskosten voraussichtlich mit 0,95 € je gefahrenem Kilometer rund sechsmal so hoch ausfallen würden wie die entsprechenden Kosten für Elektrofahrzeuge. Da die Stadt nur für die Anschaffung, nicht aber für den Betrieb Fördermittel einwerben konnte, wurde das Projekt zugunsten von E-Bussen aufgegeben. Die Verantwortlichen wollen im Jahr 2030 prüfen, ob sich die Kostenstruktur verbessert hat.
• Dagegen hat die Duisburger Verkehrsgesellschaft (DVG) mit der Anschaffung von insgesamt 100 mit Brennstoffzellen betriebenen Wasserstoff-Bussen begonnen, die ersten Fahrzeuge sollen Ende 2024 geliefert werden. Ausschlaggebend für die Entscheidung waren u.a. die am Industriestandort Duisburg bereits vorhandene Wasserstoff-Infrastruktur und die im Vergleich zu batteriebetriebenen Fahrzeugen größere Reichweite der Brennstoffzellen-Busse.
• Auch Düsseldorf hat im Jahr 2023 mit der Anschaffung von Wasserstoff-Bussen begonnen, ebenso die Rhein Neckar Verkehr GmbH in Heidelberg,
• Die Regionalverkehr Köln GmbH (RVK) hat erste Wasserstoff-Prototypen bereits seit 2011 im Einsatz und baut jetzt ihre Flotte weiter aus.
• Dagegen hat die Stadt Wiesbaden Ende 2022 ihre wasserstoffbetriebenen Busse nach nur einem Jahr zugunsten von Dieselbussen wieder abgeschafft. Die Verkehrsbetriebe fahren bereits mit Diesel- und Elektrobussen, eine dritte Antriebsform sei auf dem Betriebshof zu anspruchsvoll.
• Der Nahverkehrsbetrieb des Landkreises Rostock, Rebus, will bis Ende 2024 52 Wasserstoffbusse anschaffen, die sofort im Linienbetrieb eingesetzt werden. Dafür hat das Unternehmen H2 Apex zwei Tankstellen für grünen Wasserstoff eingerichtet. Rebus betreibt damit nach eigenen Angaben eine der größtem Wasserstoff-Busflotten Europas und hat so fast ein Drittel seiner Busflotte auf CO₂-freien Betrieb umgestellt. Das Projekt wurde aus Bundesmitteln mit 17,7 Mio. € gefördert.
• Zum Einsatz von Wasserstoff im Schienenverkehr siehe den Artikel Brennstoffzellen-Züge.

Andere Nutzfahrzeuge

Vereinzelt sind auch andere kommunale Nutzfahrzeuge mit Wasserstoff-Antrieb im kommunalen Einsatz. So sind z.B. in Schleswig-Holstein fünf Brennstoffzellen-Müllautos bekannt (Stand: August 2024): Drei in Neustadt in Holstein und je eines in Lübeck und Neumünster. In Lübeck scheiterte jedoch der Bau einer Wasserstoff-Tankstelle, daher kann die Brennstoffzelle nicht genutzt werden, weshalb das Fahrzeug mit seiner extern aufgeladener Batterie und entsprechend reduzierter Reichweite eingesetzt wird.

Industrie

• Im Forschungsprojekt „H2-Industrie" erproben die Mainzer Stadtwerke gemeinsam mit zwei Industrieunternehmen die Beimischung von Wasserstoff in bestehende Erdgasanlagen, um die Glasherstellung bzw. die Papiertrocknung klimafreundlicher zu machen.

Integrierte Ansätze

• Die Städte Essen und Bedburg (NRW) sowie die Verbandsgemeinde Kaisersesch (Rheinland-Pfalz) erproben im Projekt SmartQuart die Koppelung der Sektoren Energie, Wärme und Mobilität jeweils in einem Quartier. Smart-Grid-Lösungen verbinden Wärme, Kälte, „grünen“ Strom, Wasserstoff und Mobilität, wobei der Wasserstoff eine zentrale Rolle spielt.
• Die Mainzer Stadtwerke betreiben im Energiepark Mainz eine Power2Gas-Anlage, um in Zeiten, in denen die Windenergieanlagen ansonsten abgeschaltet werden müssten, die Energie zur Wasserstoffherstellung zu nutzen. Mit dem grünen Wasserstoff wird u.a. der testweise angeschaffte Brennstoffzellen-Bus der Mainzer Mobilität betrieben. Dieser fährt seit 2022 im Projekt H2Bus Mainz im Linienbetrieb. Die Anschaffung weiterer Brennstoffzellen-Busse scheiterte einstweilen an fehlenden Fördermitteln (Stand Mitte 2024).
• Die Wuppertaler Stadtwerke (WSW) und die Abfallwirtschaftsgesellschaft mbH Wuppertal (AWG) arbeiten in Sachen Wasserstoff zusammen: Der Strom, der bei der Müllverbrennung erzeugt wird, wird zum Betrieb der Brennstoffzellen-Busse der Wuppertaler Stadtwerke verwendet; diese Flotte soll bis 2025 auf 52 Fahrzeuge anwachsen. Die ersten, bereits 2020 eingesetzten Wasserstoffbusse erwiesen sich als sehr sparsam im Treibstoffverbrauch, sie kommen mit einer Betankung täglich aus; zudem gelten sie als leise, komfortabel und zeigen gute Fahreigenschaften. Zusätzlich werden zunächst eine, später mehrere Wasserstofftankstellen beliefert. Allerdings kann Wasserstoff, der mit aus Müllverbrennung gewonnenem Strom erzeugt wird, kaum als "grün" bezeichnet werden. Weiterhin erarbeitet die WSW zusammen mit dem DVGW einen Gasnetztransformationsplan mit dem Ziel, die zukünftigen Potenziale und Herausforderungen einer Umstellung der Erdgasversorgung auf alternative Energieträger auszuloten und im Besonderen auch die tatsächlichen Bedürfnisse der Betroffenen vor Ort zu erörtern.
• Die EWE, ein regionaler Energieversorger überwiegend in kommunaler Hand, betreibt oder beteiligt sich an Projekten entlang der gesamten Wertschöpfungskette: Erzeugung, Speicherung, Transport und Verwendung für Busse und in der Industrie. Dabei wird auch die Speicherung von Wasserstoff in unterirdischen Kavernen getestet.
• Die Stadtwerke Bielefeld errichteten einen "Innovationspark Sektorenkopplung", wo seit 2022 die zunächst vier im Linienbetrieb fahrenden Wasserstoffbusse mit angeliefertem grünen Wasserstoff betankt werden. Diese Busflotte soll 2025 um weitere 25 Fahrzeuge ergänzt werden. Später ist geplant, den grünen Wasserstoff selbst zu produzieren. Auch hier soll - wie in Wuppertal - der Wasserstoff mit Strom aus der Müllverbrennung erzeugt werden. Im Innovationspark soll jedoch auch Solarstrom erzeugt werden, der alternativ auch zur Versorgung der Busse dienen kann. Das Gesamtprojekt wird mit Bundes- und Landesmitteln gefördert.
• In einem Modellprojekt auf dem Großklärwerk Herrenhausen wollte die Stadtentwässerung Hannover grünen Wasserstoff herstellen und vermarkten. Dabei war eine Sektorenkopplung geplant:
  • Der Wasserstoff sollte als Treibstoff für Busse im öffentlichen Personennahverkehr sowie für Logistik-Fahrzeuge dienen;
  • die entstehende Wärme sollte ins Fernwärmenetz eingespeist werden;
  • der ebenfalls entstehende Sauerstoff sollte im Klärwerk genutzt werden;
  • für die Elektrolyse sollte Betriebswasser anstatt kostbaren Trinkwassers genutzt werden.

Anfang 2024 wurde jedoch entschieden, das Projekt - für das schon mehrere Millionen Euro Planungskosten entstanden waren - nicht zu realisieren. Die Baukosten waren von ursprünglich 25 Mio. € auf gut das fünffache gestiegen, was - neben der allgemeinen Baukostensteigerung - auf gestiegene Anforderungen des Hochwasserschutzes zurückgeführt wurde. Hinzu kam, dass die Kosten für grünen Strom zu hoch gewesen wären, da nicht nur überschüssige Energie - die günstig bis kostenlos zu haben ist - verwendet werden sollte, sondern die Anlage ständig, also auch in Zeiten hoher Strompreise, laufen sollte.

Materialien zu kommunalen Strategien und Einsatzfeldern

• Agentur für Erneuerbare Energien: Welche Rolle spielt Wasserstoff auf der kommunalen Ebene in Europa?, Veranstaltungsbericht mit kommunalen Projektbeispielen, 10.11.2020
• Verband kommunaler Unternehmen: Zukunft Wasserstoff. Vorschlag für eine Strategie, 18 kommunale Praxisbeispiele (April 2021, Download im pdf-Format, 7 MB, 64 Seiten)
• Deutscher Städte- und Gemeindebund mit weiteren Partnern: Wasserstoff im kommunalen Einsatz. Ein Beitrag zu Klimaschutz und kommunaler Wertschöpfung (DStGB-Dokumentation 165, Dezember 2021, pdf-Format, 28 Seiten). Siehe dazu auch DEMO: Für mehr Wasserstoff im kommunalen Einsatz!, 15.12.2021