Die Wasserstoffwirtschaft in Deutschland wächst in einigen Regionen besonders schnell. Niedersachsen gehört dazu: Vor allem im Nordwesten des Bundeslandes entstehen derzeit Anlagen für große Elektrolysekapazitäten zur Produktion von grünem Wasserstoff. Ob die geplante Produktion tatsächlich ökologisch nachhaltig und ökonomisch tragfähig ist, hängt von einer Vielzahl an Faktoren ab – unter anderem davon, wie der hohe Bedarf an Wasser und Strom für die Herstellung gedeckt werden kann. Ein Gespräch mit ISOE-Forscher Martin Zimmermann über Zielkonflikte bei der Wasserstoffproduktion und ressourcenschonende Lösungsansätze für eine nachhaltige Energiewende.
Dr. Martin Zimmermann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) und Experte für gekoppelte Infrastrukturen und Risikoanalysen. Die nachhaltige Transformation von Wasserinfrastruktursystemen bildet einen Schwerpunkt seiner Forschungsarbeiten. Zimmermann leitet das Forschungsprojekt reSYNERGY, in dem untersucht wird, wie gereinigtes Abwasser für die Produktion von grünem Wasserstoff genutzt werden kann. In der Projektregion Nordwest-Niedersachen wird dabei geprüft, wie sich Wasser- und Energiesysteme effizient koppeln und resilienter machen lassen.
Martin Zimmermann: Grüner Wasserstoff kann weitgehend klimaneutral hergestellt werden. Das bedeutet aber noch nicht, dass seine gesamte Wertschöpfungskette automatisch nachhaltig ist. Wir haben es da mit Zielkonflikten zu tun. Das liegt nicht nur am Strom, der für die Herstellung benötigt wird. Was in der öffentlichen Debatte bisher vernachlässigt wird, ist die Frage, woher die zusätzlichen Wassermengen kommen sollen, die für die Produktion von grünem Wasserstoff gebraucht werden.
Martin Zimmermann: Wir müssen uns klarmachen, dass wir über nicht unerhebliche Wassermengen reden. Dabei geht es nicht nur um das Wasser, das unmittelbar in der Elektrolyse verbraucht wird, sondern – je nach Standort und Verfahren – auch um Wasser für Aufbereitung und Kühlung. Hinzu kommt die Qualitätsfrage. Für die Elektrolyse, also die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mithilfe von Strom, wird sogenanntes Reinstwasser benötigt. Sollen, wie an der Küste Niedersachsens geplant, große Elektrolyseure mit der Produktion im Gigawatt-Maßstab hochlaufen, summiert sich der Wasserbedarf auf mehrere Millionen Kubikmeter pro Jahr. Wir sehen, die Energiewende ist auch eine Wasserfrage. Und das führt uns zu der zentralen Nachhaltigkeitsfrage: Kann dieser zusätzliche Wasserbedarf regional überhaupt bedient werden, ohne die Nachhaltigkeit zu gefährden?
Martin Zimmermann: Man muss hier unterscheiden: Deutschland gilt im Durchschnitt als wasserreich, aber Wasser ist nicht überall in gleicher Menge verfügbar. Entscheidend ist die regionale Situation. Im Nordwesten Niedersachsens, wo die Wasserstoffproduktion rasant wächst, wird Grundwasser bereits für die Trinkwasserversorgung, für Landwirtschaft und Industrie genutzt. Wenn durch den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft zusätzliche industrielle Wasserbedarfe entstehen, kann das die regional verfügbaren Wasserressourcen zusätzlich belasten und bestehende Nutzungskonkurrenzen verschärfen.
Martin Zimmermann: Nein, das bedeutet nicht, dass Grundwasser grundsätzlich ausgeschlossen ist. Der Aufbruch in eine neue Energie-Ära darf aber nicht dazu führen, dass Grundwasserressourcen übernutzt werden. Deshalb sollten wir sehr genau prüfen, wann die Nutzung sinnvoll ist, welche Alternativen es gibt und wie sich zusätzliche Entnahmen auf Trinkwasserversorgung, Landwirtschaft und Ökosysteme auswirken können – gerade unter Bedingungen von Trockenperioden, höheren Temperaturen und unsicherer Grundwasserneubildung.
Martin Zimmermann: Für den geplanten Ausbau der grünen Wasserstoffproduktion in Regionen, in denen es ohnehin schon hohe Wasserbedarfe und sich abzeichnende Nutzungskonflikte gibt, können alternative Wasserquellen eine wichtige Rolle spielen. Deshalb konzentrieren wir uns im Projekt reSYNERGY auf die nachhaltige Wasserbereitstellung und untersuchen, wie kommunales Abwasser als zusätzliche Wasserquelle für die grüne Wasserstoffproduktion bereitgestellt werden kann.
Martin Zimmermann: Stimmt, aber es ist naheliegend. Denn kommunales Abwasser ist kontinuierlich vorhanden, es wird gesammelt und bereits behandelt. Wichtig ist: Es geht nicht darum, Abwasser direkt in einen Elektrolyseur zu leiten. Es muss vielmehr sehr weitgehend aufbereitet werden, bis Reinstwasser entsteht. Dieses hochreine Wasser enthält wenige Salze, gelöste Stoffe und Verunreinigungen, sodass es für empfindliche technische Prozesse wie die Elektrolyse geeignet ist. Indem wir diese Form der Wasserwiederverwendung mit der Wasserstoffproduktion verbinden, kann eine Verknüpfung von Wasser- und Energiesektor entstehen, die Wasserressourcen schont und zur Resilienz beider Versorgungssysteme beitragen kann. Der Wasser-Energie-Nexus beschreibt genau diese Verknüpfung: Wasser- und Energiesysteme werden nicht getrennt betrachtet, sondern gemeinsam geplant.
Martin Zimmermann: Wir verfolgen das Ziel, bestehende Wasser- und Energieinfrastrukturen intelligenter miteinander zu koppeln und wollen untersuchen, wie eine solche Kopplung zur Versorgungssicherheit bis 2035 beitragen kann. Im Idealfall kann Abwasser zu einer alternativen Quelle für die Wasserstoffwirtschaft werden. Dazu prüfen wir für die Projektregion in Nordwest-Niedersachsen, unter welchen Bedingungen kommunales Abwasser tatsächlich zu einer verlässlichen Wasserquelle für die Wasserstoffproduktion werden kann. Dabei geht es nicht allein um technische Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit des Ansatzes. Das verbinden wir mit einer sozial-ökologischen Perspektive.
Martin Zimmermann: Die sozial-ökologische Perspektive zielt auf die nachhaltige Umsetzung. Über Aspekte der Ressourcenschonung haben wir schon gesprochen: Keine Innovation darf Folgeschäden verursachen, die größer sind als das Problem, das sie eigentlich lösen soll. Daneben geht es auch um die praktische Umsetzung. Jede technisch noch so gut machbare Lösung funktioniert nur, wenn Verantwortliche gut vernetzt zusammenarbeiten und sich über Qualitätsanforderungen, Genehmigungen und mögliche Betreibermodelle intensiv austauschen, in diesem Fall die Akteure der Wasserwirtschaft, Energiewirtschaft, Industrie, Kommunen und Behörden. Wir wollen wissen: Wie kann die grüne Wasserstoffproduktion verantwortungsvoll und dauerhaft in regionale Versorgungsstrukturen eingebunden werden?
Martin Zimmermann: Genau. Resilienz bedeutet ja zunächst, dass ein System auch unter Belastung funktionsfähig bleibt oder sich nach Störungen wieder erholen kann. Wir analysieren die sozial-ökologische Resilienz, die darüber hinausgeht. Wir fragen nicht nur, ob eine einzelne Anlage technisch robust ist, sondern ob ein ganzes Versorgungssystem mit Veränderungen umgehen kann – und zwar so, dass ökologische Grenzen und gesellschaftliche Anforderungen berücksichtigt werden.
Martin Zimmermann: Bei der Kopplung von Wasser- und Energiesystemen werden zum Beispiel Extremwettereignisse wie Trockenperioden zu einer Belastung für Systeme. Schwankende Wasserqualitäten, steigende Wasserbedarfe oder Störungen im Anlagenbetrieb sind relevante Größen für die Funktionsfähigkeit. Genauso wichtig sind klare Zuständigkeiten, tragfähige Regeln und die Kooperation zwischen den beteiligten Akteuren. Und nicht zuletzt die Akzeptanz und die Fähigkeit, aus Erfahrungen zu lernen. Das heißt: Technische Robustheit allein reicht nicht aus. Resilient ist ein System erst dann, wenn Technik, Ressourcen, Institutionen und Entscheidungsprozesse zusammenpassen und anpassungsfähig bleiben.
Martin Zimmermann: Für die Aufbereitung zu Reinstwasser müssen hohe Anforderungen an Verfahren, Betrieb und Kontrolle erfüllt sein. Wenn es uns mit der Testanlage in reSYNERGY gelingt, dieses Reinstwasser aus kommunalen Kläranlagen zuverlässig in der erforderlichen Qualität und Menge für die grüne Wasserstoffproduktion bereitzustellen, sind wir technisch einen großen Schritt weitergekommen. Genauso anspruchsvoll ist es, organisatorische Hürden zu überwinden.
Martin Zimmermann: Wasser- und Energiewirtschaft folgen unterschiedlichen Logiken. Sie haben verschiedene Zuständigkeiten und rechtliche Rahmenbedingungen. Für die Kopplung ergeben sich daraus viele Fragen. Wer ist bei der Nutzung von aufbereitetem Abwasser zur Wasserstoffproduktion wofür zuständig? Welche Regeln gelten für Qualität? Wer erteilt Genehmigungen? Dafür entwickeln wir im Projekt zunächst methodisch gestützte Zukunftsbilder und Szenarien. Die Ergebnisse führen wir in einer Transformations-Roadmap zusammen. Sie soll als strategische Orientierung zeigen, welche Schritte unter welchen Bedingungen sinnvoll sind, welche Akteure zusammenarbeiten müssen und welche Entscheidungen anstehen. Die Roadmap macht gewissermaßen aus einer Zukunftsidee einen gemeinsamen Kompass für Wasser- und Energiewirtschaft, Industrie und Kommunen.
Das Forschungsprojekt reSYNERGY stärkt die Resilienz von Wasser- und Energiesystemen durch Reinstwasser aus Abwasser für die grüne Wasserstoffproduktion.
Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf unsere Wasserressourcen? Droht auch in Deutschland Wassermangel? Vor welchen Herausforderungen steht die Wasserwirtschaft?
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