Die Erzeugung von grünem Wasserstoff verlangt große Wassermengen, die an den Produktionsstandorten in unterschiedlicher Quantität und Qualität zur Verfügung stehen. Fraunhofer UMSICHT will in Studien sowie im Dialog mit den Beteiligten Akteuren die Wassersituation in einzelnen Regionen analysieren, Nutzungskonflikte ausmachen und diese lösen. Des Weiteren sollen mithilfe neuer technologischer Verfahren alternative Wasserquellen erschlossen werden.
Die grüne Wasserstoffwirtschaft ist ein zentraler Baustein der Energiewende. In der nationalen Wasserstoffstrategie sind ehrgeizige Ausbauziele festgelegt[1]. Um diese zu erreichen, müssen auf regionaler Ebene erhebliche Wassermengen zusätzlich entnommen werden – zum Beispiel für den ENERGY HUB Port of Wilhelmshaven.
Der ENERGY HUB Port of Wilhelmshaven – ein Verbund aus über 40 Unternehmen – will im Jahr 2031 34,1 TWh klimafreundlichen Wasserstoff (pro Jahr) mittels Elektrolyse erzeugen[2]. Um diese Menge an Wasserstoff zu produzieren, ist eine Wassermenge von 7,72 Millionen m3 pro Jahr erforderlich – ohne Kühlwasser. Der Kühlwasserverbrauch kann gemäß einer Studie vom DVGW bis zu 25 kg pro Kilogramm produziertem Wasserstoff betragen[3]. Zum Vergleich: Der größte Wasserverband bei Wilhelmshaven – der Oldenburg-Ostfriesische Wasserverband OOWV – hat gemäß Geschäftsbericht 2023 79,1 Millionen Tonnen Wasser pro Jahr an seine mehr als eine Million Kunden abgegeben[4]. Um den ENERGY HUB zu versorgen, müsste der OOWV 34 Prozent mehr Wasser bereitstellen; in einer Region, wo jetzt schon zeitweise die Wassernutzung eingeschränkt wird. Trotzdem stehen die Wasserstrategie des BMUV[5] und die Energiestrategie des BMWK[6] unverbunden nebeneinander. Da Zuständigkeiten und rechtliche Rahmenbedingungen nicht geklärt sind, resultiert auf Ebene der handelnden Akteure eine Planungsunsicherheit.
Einige Regionen setzen vorrangig auf grüne Wasserstofftechnik und an ausgewählten Standorten sind die Planungsprozesse für Wasserstoff-Hubs bereits weit fortgeschritten. Die Planungsunsicherheit kann gerade beim Markthochlauf der Wasserstoffwirtschaft fatale Folgen für die Beteiligten haben. Zwar beschreibt der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) in einer aktuellen Studie[7], dass Deutschlands Wasserressourcen für die Erzeugung von grünem Wasserstoff ausreichen. Doch ist diese Annahme auch für Wasserstoffregionen und regionale Akteure nachvollziehbar, die jetzt schon unter Trockenheit und Wasserknappheit leiden? In manchen Regionen sind Betroffene zurecht beunruhigt, wie eine Studie zur Bewertung von Wasserstoffstandorten in Niedersachsen zeigt[8]. Für den Landkreis Leer etwa wird darin von der Wasserentnahme aus dem Grundwasser abgeraten.
Auch das Wasserstoffbeschleunigungsgesetzt (WassBG) gibt bei einigen Interessensverbänden Anlass zur Kritik. Das WassBG will die Wasserstofftransformation in Deutschland beschleunigen, indem schnelle, vereinfachte und digitalisierte Verfahren für Planung, Genehmigung und Vergabe von Wasserstoffprojekten eingeführt werden. Das Niedersächsische Landvolk befürchtet, dass seine Wasserbedarfe nachrangig behandelt werden und hat diese Sorge im letzten Jahr in einem Brandbrief an die niedersächsischen Bundestagsabgeordneten zum Ausdruck gebracht.[9]
Zusammen mit Partnern aus den Geistes- und Naturwissenschaften entwickelt Fraunhofer UMSICHT einen Dialogprozess. Der Prozess soll in Wasserstoffmodellregionen mit Wasser- und Energieversorgern, Kommunen und Gesellschaft umgesetzt werden. Parallel dazu erstellen die Fraunhofer-Forschenden Studien zu Verfügbarkeit, Markt, Kosten und Reifegrad von Technologien zur Aufbereitung von verschiedenen Wasserqualitäten für die Elektrolyse. Auch vollständige Standortanalysen werden durchgeführt.
Fraunhofer UMSICHT identifiziert alternative Wasserquellen, die nicht in direkter Konkurrenz zu Trinkwassergewinnung und Bewässerung stehen. Das können z. B. Abwässer aus der industriellen Produktion und aus kommunalen Kläranlagen oder Brackwasser und andere standortspezifische Wasserquellen sein. Dazu werden Aufbereitungsverfahren vom Labor- bis zum Pilotmaßstab mit dem Ziel entwickelt, sie für die alkalische Elektrolyse oder PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran) einzusetzen.
Seit Projektstart im März 2024 sind schon mehrere wertvolle Zwischenergebnisse erzielt worden. Sie reichen von Umfragen zur grünen Wasserstoffwirtschaft bis zur Entwicklung von Lerneinheiten.
Fraunhofer UMSICHT hat im Februar 2025 eine repräsentative Umfrage durchführen lassen. Wichtigstes Ergebnis: 90 Prozent der Befragten sehen die grüne Wasserstoffwirtschaft als wichtig für Deutschland an. 53 Prozent würden sogar Einsparungen von Wasser zu Gunsten der Wasserstoffproduktion befürworten. Gleichzeitig ist Wasser für die Befragten ein Faktor bei der Ansiedlung von Wasserstoff-Hubs: 45 Prozent sind der Meinung, dass am Standort der Wasserstoffproduktion ausreichend Wasser zur Verfügung stehen sollte. Eine Übersicht der Ergebnisse sind dieser PDF-Datei zu entnehmen. Wer Interesse an der vollständigen Auswertung hat, wendet sich bitte an Ilka Gehrke.
Ob als Lösungsmittel, für die Kraftstoffherstellung oder als Edukt bei Synthesen von Stoffen wie Formaldehyd oder Klebstoffen: Methanol spielt in vielen Bereichen eine wichtige Rolle. Bislang wird die Verbindung überwiegend aus fossilen Rohstoffen wie Erdgas oder Kohle gewonnen. Ein alternativer Weg wird im Verbundprojekt Carbon2Chem® eingeschlagen: Dort wird Methanol aus Hüttengasen der Stahlproduktion synthetisiert. Das bei dieser Synthese entstehende Abwasser hat großes Potenzial zur Wasserstoffgewinnung – so das Ergebnis einer Untersuchung im Rahmen von WHy. Zum einen dient es als alternative Wasserquelle und kann u.a. als Zulauf für die Elektrolyse zum Einsatz kommen. Zum anderen kann der erzeugte Wasserstoff wieder für die Methanolsynthese eingesetzt werden.
Fraunhofer UMSICHT hat für das interdisziplinäre Weiterbildungsstudium DYNERGY eine Lerneinheit zum Thema Wassernutzung in der Wasserstoffwirtschaft entwickelt. Ihr Fokus liegt auf grünem Wasserstoff. Konkret wird die Wassersituation in Deutschland in einen Kontext mit der Wasserstofferzeugung gesetzt. Außerdem werden Nutzungskonflikte im Spannungsfeld Wasser-Energiewende charakterisiert und Lösungsstrategien aufgezeigt. Die Lerneinheit schließt mit einem Ausblick auf internationale Zielkonflikte.
Im Zuge des Klimawandels nehmen Wasserknappheit und -verschmutzung immer weiter zu. Auch in Deutschland steigen die Durchschnittstemperaturen bei sich ausweitenden Hitzeperioden.[11] Aufgrund der erhöhten Temperaturen und des reduzierten Niederschlages in einigen Regionen Deutschlands ist ein Anstieg der Verdunstung zu verzeichnen. Auf der anderen Seite führen klimawandelbedingte Starkregenereignisse zu einem erhöhten Abfluss in den Flüssen. Das Grundwasser kann sich dadurch nicht regenerieren.[12]
Fraunhofer UMSICHT hat Kartenmaterial erstellt, das die geplanten Wasserstoffproduktionsorte in Verbindung mit dem Trockenheitsindex heute und perspektivisch darstellt. Wir weisen darauf hin, dass die auf der Karte gezeigten Daten ausschließlich aus den jeweils bei den Wasserstoffstandorten angegebenen Quellen stammen. Es werden nur Wasserstoffprojekte berücksichtigt, die publiziert wurden.
Helfen Sie uns, immer auf dem neuesten Stand zu sein! Bitte informieren Sie uns über neue oder geänderte Standortplanungen. Letzte Aktualisierung: Februar 2025
Für den Wasserbedarf eines Elektrolyseurs ist sowohl die Elektrolysetechnologie als auch die Art der Wasserquelle entscheidend. Mittels Vollentsalzungsanlagen müssen Mineralien aus dem Wasser entfernt werden, um Reinstwasser zu erzeugen. Das ist notwendig, da Verunreinigungen im Elektrolyseprozess zu Ablagerungen von Salzen auf den Membranen (bei Proton Exchange Membrane PEM) und den Elektroden führen. Für die Produktion eines Liters Reinstwasser werden 1,2 – 1,3 Liter Oberflächenwasser, 1,5 – 1,6 Liter Brackwasser oder 2,0 – 3,0 Liter Meerwasser benötigt. Basierend auf dieser Datengrundlage lässt sich der Wasserverbrauch der prognostizierten Wasserstoffkapazitäten für Deutschland berechnen. Werden ausschließlich Oberflächengewässer als Wasserquelle genutzt, ergibt sich ein Wasserverbrauch von 9 Millionen Tonnen im Jahr 2030 (10 GW) und 63 Millionen Tonnen in 2050 (70 GW). Die Wassernutzung für entsprechende Kühlwassersysteme ist hier nicht mit einbezogen. Das Kühlsystem ist je nach Standortbedingungen auszuwählen. Zum Einsatz kommen unter anderem eine Luftkühlung mit minimalem Wassereinsatz, eine Durchlaufkühlung mit einem Wasserbedarf von 920 bis 2450 kg pro kg Wasserstoff und minimalem Wasserverbrauch sowie weitere Kühlwassersysteme.
Insgesamt lassen sich in Deutschland 81 Wasserstoffprojekte unterschiedlicher Planungsphasen recherchieren (Stand: März 2025). Besonders viele Standorte sind in Küstennähe geplant, was angesichts der vorhandenen Windparks als Lieferanten von grünem Strom nicht verwundert. Aufgrund der enormen Wasserstoffkapazitäten wird dort die Wasserverfügbarkeit schon länger kritisch hinterfragt. Die Verantwortlichen diskutieren derzeit alternative Optionen wie die Verwendung von aufbereitetem Meerwasser oder Kläranlagenabläufen.
Sollten die bisher kartenmäßig verorteten Wasserstoffhubs vollständig realisiert werden (nur on-shore), würden sie in Summe eine Leistung von 7,9 GW liefern. Zum Vergleich: Die Nationale Wasserstoffstrategie fordert den Ausbau von 10 GW bis 2030 und 70 GW bis 2050.
Im Rahmen von Gesprächen mit Expertinnen und Experten haben wir erfahren, dass noch deutlich mehr Standorte für die Wasserstoffproduktion diskutiert werden. Da der Stand dieser Projekte aber noch nicht veröffentlicht ist, sind sie in unseren Karten nicht dokumentiert. Nach der Aktualisierung der Daten werden einige Wasserstoff-Hubs nicht mehr berücksichtigt, da die Projekte eingestellt wurden oder in den letzten Jahren kein Fortschritt erkennbar ist. Zum Teil stimmen die verfügbaren Daten je nach Quelle nicht überein. Zum Beispiel nennt der Verbund des ENERGY HUB Port of Wilhelmshaven geplante Wasserstoffkapazitäten für 2031, die nicht mit der Summe der Wasserstoffproduktion übereinstimmen, die die einzelnen Projekte des Verbunds veröffentlichen.
Wir freuen uns über Hinweise zu neuen zitierfähigen Projekten.
Bei der Planung eines Wasserstoff-Hubs ist die Auswahl des Standorts von großer Relevanz. Der Betreiber muss sicherstellen, dass der gewählte Standort langfristig für die Produktion geeignet ist, da neben den Investitionen in die Anlagen auch der Infrastrukturausbau zu berücksichtigen ist. Dabei kommen ökonomische Überlegungen wie Stromversorgung und Infrastruktur, technische Aspekte wie Wasserversorgung, Platzbedarf und Abwasserentsorgung sowie ökologische Faktoren zum Tragen. Die folgende Tabelle zeigt die Haupteinflussfaktoren, die zur Einordnung eines Standorts herangezogen werden können. Sie helfen, einen geeigneten Standort zu identifizieren, der sowohl ökonomisch rentabel als auch technisch und ökologisch nachhaltig ist.
Perspektivisch ist für die Ressource Wasser zudem der Klimawandel bedeutsam, da er in einigen Regionen die Trockenheit noch erhöhen wird. Wasserstoff-Hubs, die in solchen Gebieten errichtet werden, können möglicherweise unterversorgt sein und nicht mehr die volle Leistung erbringen.
| Haupteinflussfaktoren | Beschreibung |
| Wasserquelle | Ermittlung und Bewertung der lokal verfügbaren Wasserquellen (Grundwasser, Oberflächenwasser, Meerwasser) für die Wasserelektrolyse. Perspektivisch: Einbeziehung der zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserquelle. |
| Wasserverbrauchsstruktur | Auflistung regionaler Wasserverbrauchstypen im Untersuchungsgebiet. Aktuelle Wasserverbrauchsbilanz von Landwirtschaft, Haushalten, Industrie und Energiewirtschaft sowie Zukunftsszenarien. |
| Erneuerbare Energien | Ermittlung der derzeitig und zukünftig regional verfügbaren erneuerbaren Energien für die Elektrolyse im Untersuchungsgebiet und Einbeziehung von Ausbauszenarien. Überprüfung der Potenziale für einen netzdienlichen Betrieb von Elektrolyseuren. |
| Speichermöglichkeiten | Beschreibung der vorhandenen und geplanten lang- und kurzfristigen Speichermöglichkeiten für Wasserstoff im Untersuchungsgebiet. Als Langzeitspeicher stehen Salzkavernen im Fokus. |
| Transportwege | Untersuchung vorhandener und geplanter Infrastruktur für Wasserstofftransport und -verteilung. Dazu gehören Pipelines, Straßen, Häfen sowie Tankstellen. |
| Lokales Abnahmepotential | Ermittlung potenzieller Abnehmer für den zu produzierenden Wasserstoff sowie die Nebenprodukte Sauerstoff und Wärme. Dazu gehören Industrie, Verkehr sowie Gebäude. |
Der »EnAqua-Dialog« (Konzeption und Durchführung eines adaptiven Dialogprozesses für Umsetzungsvorhaben am Beispiel regionaler Wasserstoff-Hubs) wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK gefördert (Projektstart März 2024).
TA-WHy (Technikbewertung zu den Auswirkungen der Wasserstoffproduktion auf die Wassersituation) wird aus Mitteln des Leistungszentrums DYNAFLEX® gefördert (Laufzeit Juli 2024 bis Juli 2027).
[1] https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Wasserstoff/Dossiers/wasserstoffstrategie.html
[2] https://www.wirtschaft-wilhelmshaven.de/assets/_energyhub/downloads/Potenziale-der-Jade-Weser-Region_Fraunhofer-Projekt-Update.pdf
[3] https://www.dvgw.de/medien/dvgw/leistungen/publikationen/wasserelektrolyse-gesamtwasserbedarf-factsheet-dvgw-web-format.pdf
[4] https://www.oowv.de/assets/media/downloads/gesch%C3%A4ftsberichte/oowv_gb_2023.pdf
[5] https://www.bmuv.de/wasserstrategie
[6] https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/energieeffiezienzstrategie-2050.pdf
[7] Saravia et al. 2023 (h2o-fuer-elektrolyse-dvgw-factsheet.pdf)
[8] https://doi.org/10.15488/13179
[9] Hennies‘ Brandbrief zum Thema Wasserstoffnutzung – Landvolk Niedersachsen Landesbauernverband e.V.)
[10] Araya, S. S., Liso, V., Cui, X., Li, N., Zhu, J., & Lennart, S. (2020). A Review of The Methanol Economy: The Fuel Cell Route. Energies, 13(3), 596.
[11] Cullmann, Astrid; Sundermann, Greta; Wägner, Nicole; Hirschhausen, Christian von; Kemfert, Claudia (2022): Wertvolle Ressource Wasser auch in Deutschland zunehmend belastet und regional übermäßig genutzt.
[12] Auge, Johannes (2020): Klimawandelanpassungskonzept für den Kreis Euskirchen und seine Kommunen. Zwischenbericht. Hg. v. GreenAdapt Gesellschaft für Klimaanpassung mbH und Öko-Zentrum NRW GmbH.
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT