Wasserstoff Studie – Grüner Wasserstoff erst 2035 marktrelevant!

Quelle: EKSH

Forschende der Gesellschaft für Energie und Klimaschutz Schleßwig-Holstein GmbH haben ausgerechnet, wo grüner Wasserstoff sinnvoll ist und wie die Hochlaufkurve seiner Herstellung verlaufen sollte.

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Grüner Wasserstoff gilt als Schlüssel zur Energiewende und Wegbereiter in eine klimaneutrale Zukunft. Doch eine Studie offenbart, dass sein Markttdurchbruch noch auf sich warten lässt. Hier mehr Details.
Grüner Wasserstoff gilt als Schlüssel zur Energiewende und Wegbereiter in eine klimaneutrale Zukunft. Doch eine Studie offenbart, dass sein Markttdurchbruch noch auf sich warten lässt. Hier mehr Details.
(Bild: Bmbf)

Prof. Dr. Andreas Luczak von der Fachhochschule Kiel bestimmt in einer Kurzstudie die CO2-Vermeidungskosten, die grüner Wasserstoff mit sich bringt. Wie „günstig“ etwas Neues also wirklich ist, ließe sich anhand des Ergebnisses quantifizieren. Die Vermeidungskosten ergeben sich präzise gesagt aus den Mehrkosten im Vergleich zur fossilen Anwendung, geteilt durch die erzielte CO2-Einsparung. Die Vermeidungskosten beim Einsatz von grünem Wasserstoff entscheiden folglich darüber, für welche Anwendungen er grundsätzlich sinnvoll ist und wie seine Produktion optimal gesteuert wird. Denn effizienter Klimaschutz setze Mehrkosten und Emissionseinsparungen von Klimaschutzmaßnahmen ins Verhältnis. Herausgebracht wurde die Studie von dem unter dem Dach der Gesellschaft für Energie und Klimaschutz Schleßwig-Holstein GmbH (EKSH) arbeitenden Landeskompetenzzentrum für Wasserstoffforschung Schleswig-Holstein (HY.SH).

So sieht die Wasserstoffproduktion aus

Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht zwar kein CO2, aber dafür unter Umständen bei seiner Herstellung. Die Menge an CO2, die bei der Herstellung entsteht, hängt naturgemäß stark von der Art und Weise ab, mit der es hergestellt wird. Die Herstellungsart wird symbolisch durch die „Farbe“ von Wasserstoff gekennzeichnet.

Die Norddeutsche Wasserstoffstrategie sieht zur Emissionsminderung ausschließlich die Nutzung von „grünem“ Wasserstoff vor (es gibt auch „grauen“, das ist der fossil erzeugte). Beim „grünen“ wird Wasserstoff durch Elektrolyseure erzeugt, die ausschließlich mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden. Da regenerativ erzeugter Strom per Definition während des Betriebs kein CO2 erzeugt, wäre damit auch die Herstellung von grünem Wasserstoff emissionsfrei.

Alternativ könne Wasserstoff auch methanisiert respektive n e-Fuels umgewandelt werden, wodurch die fossile Infrastruktur und Gerätetechnik ohne Mehrkosten weiterverwendet werden könnten. Allerdings erhöht das die Kosten der grünen Brenn- respektive Treibstoffe im Vergleich zu der direkten Nutzung von Wasserstoff.

Drei Anwendungen von grünem Wasserstoff im Fokus

Die folgende Aufzählung wurde der Studie entnommen.

  • A: Ersatz von grauem Wasserstoff! Dieser wird heute vor allem für die chemische Industrie per Dampfreformierung aus fossilem Erdgas hergestellt. Man sollte grünen Wasserstoff deshalb zunächst dort nutzen, wo eh schon Wasserstoff verwendet wird, weil man ihn dann direkt nutzen kann. Es ist keine Infrastrukturumstellung nötig und ersetzt einen Brennstoff, der wesentlich teurer ist als andere fossile Brenn- und Treibstoffe. Der jährliche Bedarf liegt aktuell bei etwa 70 Terrawattstunden;
  • B: Ersatz von Erdgas! Am besten durch Beimischung ins Erdgasnetz, was ohne Infrastrukturanpassung überall die Emissionen senken würde. Aktuell darf bereits bis 10 Volumenprozent Wasserstoff beigemischt werden. Sobald ein noch größerer Anteil des Erdgases ersetzt werden soll, muss der grüne Wasserstoff aber methanisiert werden oder es werden eine eigene Gasinfrastruktur sowie wasserstofftaugliche Endgeräte (Gasbrenner, Gasturbinen) nötig. Der jährliche Bedarf für diese Anwendung liegt aktuell bei etwa 871 Terrawattstunden – Tendenz steigend;
  • C: Ersatz von Lkw-Diesel! Der jährliche Bedarf für diese Anwendung liegt aktuell bei etwa 196 Terrawattstunden. Der flächendeckende Ersatz von Benzin und Diesel im Pkw-Bereich durch Wasserstoff (oder daraus hergestellter e-Fuels) gilt als eher unwahrscheinlich, weil man auf batteriegespeiste Elektroantriebe setzt. Der Ersatz von Kerosin im Bereich Luftfahrt wird ebenfalls nicht betrachtet, weil sich die Technik der Umwandlung von Wasserstoff in Flugbenzin noch im Versuchsstadium befindet.

Kostenentwicklung der Elektrolyseure anhand verschiedener Studien. PEM bedeutet per Protonentauschender Membran hergestellt und AEL mithilfe alkalischer Elektrolysesysteme.
Kostenentwicklung der Elektrolyseure anhand verschiedener Studien. PEM bedeutet per Protonentauschender Membran hergestellt und AEL mithilfe alkalischer Elektrolysesysteme.
(Bild: Lucza)

Das Wichtigste aus der Studie für grünen Wasserstoff

Um die Gesamtkosten der Energiewende zu minimieren, sollte jede fossile Anwendung möglichst mit der günstigsten Möglichkeit dekarbonisiert werden, empfiehlt der Experte. Weil nicht alle fossilen Anwendungen gleichzeitig dekarbonisiert werden könnten, stelle sich die Frage, in welcher Reihenfolge die Dekarbonisierung umgesetzt werden sollte. Deshalb sollten zunächst die günstigen und dann erst die teuren Anwendungen dekarbonisiert werden, damit mit den verfügbaren finanziellen Mitteln möglichst schnell möglichst viele Emissionen vermieden werden können. Nach derzeitigem Stand des Ausbaus von Erneuerbaren Energien werde grüner Wasserstoff wohl nicht vor 2035 seinen Markthochlauf erleben. Denn weil die Prognose der Vermeidungskosten beim Einsatz von grünem Wasserstoff und den möglichen Alternativen mit hohen Unsicherheiten behaftet ist, unterscheiden sich die prognostizierten Wasserstoff-Nachfragemengen in den verschiedenen Studien enorm, siehe Tabelle.

Klimaschutzmaßnahmen noch Jahre weniger effektiv

Die im Rahmen dieser Studie bestimmten Vermeidungskosten beim Einsatz von grünem Wasserstoff liegen mit deutlich über 100 Euro pro Tonne nun ähnlich hoch wie es in anderen Studien abgeschätzt wurde. Bis etwa 2035 sind die Vermeidungskosten alternativer Klimaschutzmaßnahmen demnach deutlich geringer einzustufen, so die Schlussfolgerung.

Für einen früheren Einsatz von grünem Wasserstoff gebe es aber über den Klimaschutz hinausgehende Argumente, welche allerdings einzeln kritisch hinterfragt werden sollten. Staatliche Fördermaßnahmen im Bereich des grünen Wasserstoffs sollten nach Ansicht von Luczak stärker auf Kosteneffizienz hin überprüft und deren Priorisierung im Vergleich zu alternativen Klimaschutzmaßnahmen plausibilisiert werden. Die komplette Studie, mit viel mehr Informationen, kann man hier einsehen.

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