Die Energie- und Klimawende in Deutschland benötigt Wasserstoff
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Die Energie- und Klimawende in Deutschland
benötigt Wasserstoff
Die Energiewende in Europas größter Industrienation primär auf Basis intermittierenden
EE-Stroms ist sinnvoll nur mit Wasserstoff als Speicher-, Energiemedium und Kraftstoff
realisierbar
DKV-Jahreskonferenz | Dresden | 18.11.2021
Reinhold Wurster
Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST), Ottobrunn/ München
© Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH
Themenübersicht
ludwig bölkow
systemtechnik
1. Energiewendeimplikationen
2. Speicherung zur Leistungssicherung und maximaler Nutzung fluktuierender
Erzeugungskapazitäten
3. Klimaschutzanforderungen und Zeithorizonte verschärfen sich
4. Systemwirkungsgrade und nicht Autoantriebswirkungsgrade zählen
5. Grüner H2 ist zuerst im Straßenverkehr wirtschaftlich
6. Grüner H2 lässt sich für alle Anwendungen vollumfänglich in DE, der EU und den direkt
angrenzenden Ländern erzeugen
7. Vorteile von Pipelinetransport und LH2-Transport und -Verteilung
8. Einordnung von Transportalternativen (Liquid Hydrogen Carriers vs. Piped H2 vs. LH2)
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[Hinweis: Folien werden als PDF zur Verfügung gestellt]
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.de
Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST)
ludwig bölkow
systemtechnik
German aeronautic engineer and industrialist, co-
founder of Airbus Industries and founder of LBST
▪ Unabhängige Experten für Dr. Ludwig Bölkow
nachhaltige Energieversorgung 1912 – 2003
und Mobilität seit 4 Jahrzehnten
▪ Erneuerbare Energien, Kraftstoffe, Infrastruktur
▪ Machbarkeitsstudien, Nachhaltigkeitsanalysen,
technologiebasierte Strategieberatung, Energiekonzepte
▪ Konsequenter Systemansatz:
Denken über Bereichsgrenzen hinweg
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Ausgewählte LBST-Kunden
ludwig bölkow
systemtechnik
Mobilität Energie
DAIMLER BMW AUDI Volkswagen MAN Equinor SHELL REPSOL uniper Concawe
Ford Hyundai Toyota Honda Nissan CAPEX Innogy RWE Amprion EDF
BOSCH Valeo KEYOU ALSET COFELY TENNET AXPO EnBW OGE
ProtonMotor AIRBUS ALSTOM GAZPROM Gasunie Thyssengas
Politik Industrie
European Parliament European Commission EC JRC SIEMENS NEL here TÜV SÜD
KfW BMVI Landesregierung NRW LINDE GROUP REHAU AngloAmerican
Landesregierung Niedersachsen Hessen Agentur Air Liquide HEXAGON HYDROGENICS Marubeni
VDA FCH JU Hydrogen Europe DWV STILL H2energy Technova
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Abkürzungen
ludwig bölkow
▪ BEV = Battery Electric Vehicle (Batteriefahrzeug) systemtechnik
▪ CcH2 = Cryo-Compressed Hydrogen (Kryodruckgaswasserstoff)
▪ CGH2 = Compressed Gaseous Hydrogen (gasförmiger Druckwasserstoff)
▪ EE = Erneuerbare Energien
▪ FCEV = Fuel Cell Electric Vehicle (Brennstoffzellenfahrzeug)
▪ H2 = Wasserstoff
▪ MCH = Methyl-Cyclo-Hexane
▪ MeOH = Methanol
▪ Mt = Millionen Tonnen
▪ LH2 =Liquid Hydrogen (Flüssiger Wasserstoff)
▪ LOHC = Liquid Oragnic Hydrogen Carriers (MCH, MeOH, Marlotherm)
▪ MPa = Megapascal (= 10 bar)
▪ NH3 = Ammoniak
▪ PV = Fotovoltaik
▪ TWh = Terawattstunde
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Energiewendeimplikationen
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• Bis spätestens 2045 verliert DE weitestgehend seine fossile und nukleare Grundlastfähigkeit
• Dynamischer Ausbau von Wind und PV führen zunehmend zu Nichtabsetzbarkeit von EE-
Strom in Spitzenzeiten der Erzeugung – Folge: Abregelung oder Speicherung immer
größerer Energiemengen erforderlich
• Andererseits ist eine zeitgerechte Verfügbarkeit von Grünstrom ohne umfangreiche
Speicherelemente im Energiesystem ebenfalls nicht sicherzustellen
• Stromspeicherung in großen Mengen über mehr als zwei Tage ist neben Pumpspeicher-
kraftwerken nur mit Wasserstoff in Salzkavernen wirtschaftlich möglich (siehe VDE-Studie
„Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energieträger“ 2008)
• Klimaschutz zwingt zu CO2–Neutralität zwischen 2035 und 2040 und zu Klimaneutralität
zwischen 2040 und 2045
• Neben 520 TWh Strom müssen vor allem 2.000 TWh Kohle, Öl und Gas ersetzt werden! 6
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.de
Gesamtenergieverbrauch in DE im Jahr 2017 in TWh
ludwig bölkow
systemtechnik
Energieverbrauch in DE nach Kraftstoff
und Sektoren (2017) [TWh]
FOSSILE GEBÄUDEENERGIE 622 0 24%
FOSSILE ENERGIE FÜR DIE INDUSTRIE 414 0 16%
FOSSILE KRAFTSTOFF IM VERKEHR 723 0
28%
STROM (INKL. EE-STROM) 520 0
20%
WÄRME UND KRAFTSTOFFE AUS EE 313 0
12%
: 2590 TWh 7
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Emissionsfreier E-Verkehr ohne H2 kaum zu schaffen
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Potenzial EE-Strom in DE systemtechnik
Gesamtstrombedarf inkl. E-Straßenfahrzeuge
510 TWh
520 TWh
FZJ-Simulation 2017:
0 100 200 300 400 500 600
Auch ein perfektes Netz reduziert den Abregel-/
47.170.000 E-Pkw 2.744.000 leichte E-Lkw 531.000 schwere E-Lkw Speicherenergiebedarf nur um ca. 20%.
Es können bis zu 25% der installierten EE-
219.000 E-Sattelzüge 84.000 E-Busse Strom (inkl. EE-Strom) Erzeugungsleistung im Mittel ohne Speicher-
medium nicht genutzt werden.
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Klimaschutzanforderungen und Zeithorizonte verschärfen sich
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▪ Laut der vom Bundestag beschlossenen Novelle des Klimaschutzgesetzes vom 24.06.2021
wird für 2030 ein neues Zwischenziel von 65 (statt wie bisher 55) Prozent Treibhausgas-
minderung gegenüber dem Jahr 1990 vorgegeben
▪ Bis zum Jahr 2040 soll die Minderung 88 Prozent betragen
▪ Bis 2045 sind die Treibhausgasemissionen so weit zu verringern, dass Treibhausgas-
neutralität erreicht wird
▪ Die Minderungsziele für die einzelnen Sektoren (Energiewirtschaft, Industrie, Gebäude,
Verkehr, Landwirtschaft und Abfallwirtschaft) wurden neu festgelegt
▪ Für die Jahre 2031 bis 2040 werden sektorübergreifend jährliche Minderungsziele festgelegt.
Aufteilung auf die Sektoren soll im Jahr 2024 entschieden werden.
▪ Die Energiewirtschaft muss ihre Jahresemissionsmenge bis 2030 um 61,4% verringern, der
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Verkehrssektor um 48%
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.de
Halbierung der THG-Emissionen im Verkehrssektor bis 2030
ludwig bölkow
systemtechnik
Seit 30 Jahren wurden die THG-Emissionen des Verkehrssektors in DE nicht reduziert:
2020 → 2030:
-48%
Chart: LBST 2020-10
Data: [UBA 2019]
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18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deSpeicherung zur Leistungssicherung und max. Nutzung
fluktuierender Erzeugungskapazitäten
ludwig bölkow
systemtechnik
▪ Selbst bei zeitgleichem Anschluss aller Erzeuger an alle Verbraucher lassen sich in
DE ab ca. 2035 perspektivisch 220 TWh/a erzeugter Strom nicht absetzen
[Robinius, FZJ, 2017]
▪ Bei einem Anteil von etwa 80% fluktuierender EE-Stromerzeugung lassen sich ca.
20% der installierten Erzeugungskapazität ohne Stromspeichermedium nicht betreiben
und würden zu teilweise stranded investments führen. Anstatt 0% in einem reinen
Stromsystem könnten mit H2 als Speicher noch immer knapp 40% der Energie erzeugt
und genutzt werden.
▪ Diese Energiemenge würde ausreichen, den gesamten Pkw-Bestand Deutschlands
mit BZ-Antrieb und H2 als Kraftstoff zu versorgen.
[Anmerkung: nach Prof. Volker Quaschning lassen sich im Jahr knapp 350 GWh Strom als Warmwasser zum Heizen
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speichern, Wirtschaftswoche, 5.11.2021 – das sind 0,156% von 220 TWhe]
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deTechno-ökomomisches Untertagespeicherpotenzial für grünen H2
ludwig bölkow
systemtechnik
Eine typische Woche im Januar
H H
Quelle: Crotogino, Donadei (KBB)
Bünger, Landinger (LBST)
WHEC 2018
Salzkavernenspeicher (in DE von Nordhessen bis an die Küste)
- künstlicher Speicher
+ flexibel
+ keine Kontaminationsgefahr
Quelle: Wasserstoffstudie Nordrhein-Westfalen. Düsseldorf, LBST, 2019. + geringe Menge an Kissengas 12
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deSystemwirkungsgrade - nicht Autoantriebswirkungsgrade zählen
ludwig bölkow
▪ Der Batterieautowirkungsgrad hat mit dem System- Scenario: 95% GHG reduction
systemtechnik
wirkungsgrad wenig zu tun – in einem 100 % EE-
Stromsystem haben BEVs und FCEVs ähnliche
Systemwirkungsgrade – beide Fahrzeugarten -26%
werden in ihren jeweiligen Einsatzfeldern benötigt .
▪ Für große Supercharger in der Fläche muss
ausreichend grüne Stromleistung*) angeschlossen
oder über Zwischenspeicher sichergestellt werden.
▪ In altbaulichen Innenstadtbereichen ist möglicher-
weise beides nicht umsetzbar oder zu kostspielig.
▪ Leistungsspeicher für Schnellladung reduzieren
Wirtschaftlichkeit und Wirkungsgrad der Batterie-
schnellladung.
*) Für 50 Lkw müssen an einem Autobahnrastplatz für 1h Laden bei 300kW Optimale Lösung durch Kombination der BEV- und FCEV-Infrastruktur
Ladeleistung für 300 km Reichweite 15 MW installiert werden, was der durch synergetische Nutzung von Elektrolyse als flexible Last und H2
Anschlussleistung einer Stadt mit 20.000 Einwohnern entspricht als saisonalem Energiespeicher bei begrenzten Effizienzverlusten
Quelle: Bünger, Michalski, Wurster, The impact of electromobility on energy supply in a future
energy system dominated by renewable electricity, WHEC 22, Rio, 21.06.2018 13
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deBEVs und FCEVs haben vergleichbare Sonne-zu-Rad-Wirkungsgrade:
Fall Deutschland
Seiten 8+9 von Roadmap towards zero emissions, Hydrogen Council, Sept 2021 ludwig bölkow
systemtechnik
[https://hydrogencouncil.com/wp-content/uploads/2021/10/Transport-Study-Full-Report-Hydrogen-Council-1.pdf]
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18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deVergleich Strombedarfe für verschiedene Antriebskonzepte
ludwig bölkow
systemtechnik
12t Lkw 84 kWh 192 kWh 407 kWh 380 kWh 1 : 2,3 : 4,8 : 4,5
Pkw 1 : 2,1 : 6,2 : 6,9
Gerade im vielfahrenden Pkw macht
der H2/BZ-Antrieb Sinn,
aber nicht der Betrieb mit
synthetischem Benzin oder Diesel
Im Nutzfahrzeugsektor müssen bis
2030 fast 50% THG-Emissionen
eingespart werden und wobei in der
>34t Klasse heute rund 70% des
Kraftstoffs der von den 7,5t-44t Lkw
*)
verbrauchten Kraftstoffs verfahren wird
.
→ nur BZ-Lkw sinnvoll
*) keine Realverbrauchszyklen berücksichtigt (kein Fast Charging, kein Winterkurzstreckenbetrieb)
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18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deGrüner H2 ist zuerst im Straßenverkehr wirtschaftlich
ludwig bölkow
systemtechnik
Nirgends ist Grüner Wasserstoff Power:100 €/MWh
CO2: 100 €/t
wettbewerbsfähiger einzusetzen
Quelle: Jan Michalski: H2-DVGW-Kongress, 5.10.2021
Fall 2
als im Straßenverkehr! Power: 100 €/MWh
RES utilization : 3.000 h
Hier ist die kostengünstigste Mobilität (PKW)
Fall 4
Einführung eines H2-Ökosystems
umgehend möglich – nicht in der Natural gas: 35 €/MWh
Industrie oder der Stahlerzeugung. CO2: 100 €/t
CCS: 60 €/t
Ein H2-Versorgungssystem für die Natural gas: 35 €/MWh
CO2: 100 €/t
Fall 3
Fall 1
Versorgung von Straßenfahr- Power: 40 €/MWh
Power: 40 €/MWh RES utilization 4.500 h Industrie
zeugen über die nächsten 5-10 CO2: 0 €/t Natural gas: 25 €/MWh
Natural gas: 25 €/MWh CO2: 0 €/t
Jahre bereitet den Boden für die CO2: 0 €/t CCS: 20 €/t
Bereitstellung weit größerer grüner
H2-Mengen für die Industrie. 16
* SMR = Steam methane reforming (Dampfreformierung)
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH ** CCS = Carbon Capture and Storage (CO2-Abscheidung LBST.de
und –Speicherung)Bedarfsszenario H2-Schwerlast-Lkw in DE in 2030/ 2035
ludwig bölkow
1,5 Mt/a mit LH2 versorgt würde fast systemtechnik
140 Verflüssiger à 30 t/d bedeuten!
[Remark: Vecto class 5 and class 9 trucks considered]
Quelle:
Recherche und Berechnungen durch LBST 17
Quelle: Jan Zerhusen (LBST), NOW/CEP Heavy Duty Event, April 21st 2021
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deAnkündigungen zur Einführung von H2-BZ-Schwerlast-Lkw
ludwig bölkow
systemtechnik
BAIC
4,000 FC trucks by 2023
15,000 trucks by 2025
Dongfeng Clean Logistics SE
11,500 FC trucks by 2023 production capacity
>1,000 trucks/a from 2024
Nikola
FC truck rollout by 2023
Hyundai Truck & Bus
@ 35,000 prod. cap./yr)
X0,000 commercial
CNH / IVECO vehicle/year after 2025
FC truck rollout by 2023
HYZON Motors
first FC truck rollout by 2021
2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
Source: LBST compilation from various sources
Quantron / Freudenberg Daimler Truck AG
first prototype trial in 2021 First FC truck trials in 2023
18
Series rollout after 2025
Hyundai H2 Mobility
50 FC trucks by 2020 LBST.de
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbHVergleich zu industriellen H2-Bedarfen
ludwig bölkow
systemtechnik
▪ Der größte Hochofen Deutschlands, Schwelgern 2 in Duisburg-Marxloh, produziert
etwas mehr als 4 Mt Rohstahl pro Jahr
▪ Würde in einem Direktreduktionsstahlwerk (H2-DRI) mit einem spezifischen H2-
Verbrauch von 57,5 kgH2/t-Stahl diese Stahlmenge in Form von Eisenschwamm
erzeugt werden, dann müssten jährlich 230.000 t grüner H2 bereitgestellt werden
▪ In DE wurden in 2020 rund 24 Mt-Stahl/a in Hochöfen erzeugt
▪ Hierfür würden bei einer vollständigen Umstellung auf das H2-DRI-Verfahren also etwa
1,4 MtH2/a benötigt
▪ Dies sind vergleichbare Größenordnungen wie für den Einsatz von grünem H2 im
Schwerlastfernverkehr (ein großes Stahlwerk: 0,23 MtH2/a vergleichbar zu SLV in 2030
mit 0,3 Mt/a und alle Hochöfen: 1,4 MtH2/a zu SLV in 2035 mit 1,5 MtH2/a) 19
Quellen:
• Statistisches Jahrbuch der Stahlindustrie 2020/2021 LBST.de
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH • Jan Zerhusen, NOW/CEP Heavy Duty Event, 21.04.2021
• Recherche und Berechnungen durch LBSTGrüner H2 lässt sich für alle Anwendungen aus DE, EU und direkt
angrenzenden Ländern für die EU beschaffen
ludwig bölkow
systemtechnik
▪ Grüner H2 lässt sich für alle Anwendungen vollumfänglich in DE, der EU und den
direkt angrenzenden Ländern erzeugen.
▪ Bei umfangreicher Kooperation der EU-Mitgliedsstaaten lässt sich der wesentliche Teil
des zu importierenden Grünen Wasserstoffs für alle Anwendungen in der EU erzeugen
- aus Offshore-Wind im Norden, Onshore-Wind im Osten und aus Solarenergie in
Südeuropa und effizient über Pipelines zu Verbrauchern transportieren.
▪ Eine schnelle Umrüstung der Transportnetze wie im European Backbone angedacht
bis 2030 ist essenziell, um große Volumina an grünem H2 z.B. aus Südeuropa,
Skandinavien, Schottland und Osteuropa nach Zentraleuropa transportieren zu
können. Damit könnten in DE die 50% der Gasgroßverbraucher erreicht werden, die
bereits heute über die Ferntransportleitungen direkt versorgt werden. 20
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.de18.11.2021
© Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH
Quelle: Impact of the use of the biomethane and hydrogen potential on trans-
Technisch erneuerbares Stromerzeugungspotenzial in der EU28
European infrastructure, Trinomics, LBST, E3-Modelling, Analysis for DG ENER,
September 2019
LBST.de
ludwig bölkow
systemtechnik
21Stromerzeugungspotenziale aus erneuerbaren Energien in der
EU, nach Mitgliedstaat (Durchschnitt der Bandbreiten pro Mitgliedstaat)
ludwig bölkow
systemtechnik
▪ Großes technisches EE-Strompotenzial in der EU-27 und
Großbritannien von ca. 14.000 TWh/a überwiegend aus
Wind- (64%) und Solarenergie (26%)
▪ Weiteres EE-Potenzial durch Floating-Technologie für Wind offshore
und breitere Flächennutzung für PV
▪ Direkter Strombedarf:
heute ca. 3.100 TWh/a | bis 2050 ca. 5.300-6.900 TWh/a
→ Technisches EE-Potenzial in Europa ausreichend für Grünen
Wasserstoff (mit Ausnahme energieintensiver Länder wie
Deutschland, Niederlande, Belgien – Importe jeweils aus EU-
Mitgliedsstaaten oder angrenzenden Ländern)
Quelle: Trinomics, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST), E3M: Impact of the use of the
→ Weitere technische, wirtschaftliche, soziale und strategische
biomethane and hydrogen potential on trans-European infrastructure.
Studie für europäische Kommission, DG Energy, Brüssel, 2020.
Aspekte auschlaggebend für Import-Export-Beziehungen 22
(Kosten, lokale Wertschöpfung, Akzeptanz, politische Stabilität)
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deVorteile der „Merit-Order“ für eine H2-Bereitstellung
(z.B. aus Sicht von Mitteldeutschland)
ludwig bölkow
Individuelle „Merit-Order“ für künftigen systemtechnik
H2-Produktionsmix zur Nutzung verschiedener Vorteile: Deutschland:
Regional/national (Deutschland): z.B. Mecklenburg-
1
Lokale Wertschöpfung, vermiedene Transportkosten, Vorpommern
Osteuropa
Robustheit des Systems
innerhalb der EU:
2 EU (z.B. Polen/Spanien): z.B. Polen
ausreichendes Potenzial zu vertretbaren Kosten,
Stärkung des europäisches Energiesystem durch
Infrastrukturen Osteuropa, aber
außerhalb der EU:
3 Europa (z.B. Ukraine): z.B. Ukraine
ausreichendes Potenzial zu vertretbaren Kosten,
Stärkung des europäisches Energiesystem durch
länderübergreifende Infrastrukturen Außerhalb der EU:
Südeuropa z.B. Algerien
4 Außerhalb Europas (z.B. Algerien): innerhalb der EU:
globaler H2-Markt mit marktwirtschaftlichem Wettbewerb,
z.B. Spanien
Stabilität in zahlreichen Regionen der Welt 23
Quelle: J. Michalski, U. Bünger – LBST | Erzeugung von Wasserstoff Internationale Entwicklungen | 53. Kraftwerkstechnisches Kolloquium | Dresden 6.10.2021
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deVorteile von Pipelinetransport und LH2-Transport und -Verteilung
ludwig bölkow
systemtechnik
• Ebenfalls über Pipeline importiert werden können noch deutlich größere Mengen an
Grünem Wasserstoff aus den Nachbarländern der EU (z.B. Ukraine, Russland,
Algerien)
• Flüssigwasserstoff kann sowohl als Importmedium für Wasserstoff zur Nutzung in
PEM-Brennstoffzellen Einsatz finden, wie auch als effizientes lokales Distributions-
und Speichermedium für große Wasserstofftankstellen in der Fernverkehrslogistik und
für vielfahrende Straßenfahrzeuge, die LH2, CcH2 oder CGH2 @ 70 MPa als an-Bord-
Speichermedium nutzen
24
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deSektorenkopplung| Extremfallberechnung:
Offshore Wind aus dem Norden für Verbrauch im süddeutschen Fahrzeugsektor
ludwig bölkow
Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 systemtechnik
-80%1990 THG-Emissionen -95%1990 THG-Emissionen -95%1990 GHG emissions
electricity sector, 1st International ATZ Conference ‘Grid Integration of Electric Mobility’, Berlin, 31.05.2016
(BZ-Fahrzeug orientierter Mix) (BEV/O/PtG/PtL Fahrzeugmix) (BEV/O/PtG/PtL Fahrzeugmix mit H2
Quelle: T. Raksha, P. Schmidt (LBST), Synergies and challenges when transportation demand meets the
Erzeugung am Windstromstandort)
+ Szenario 3 zeigt den
Vorteil der Pipeline:
eine Pipeline ersetzt
mindestens 8 HGÜ à
4 GW
105 TWh
▪ Infrastrukturen für H2- bzw. e-Fuels haben deutlich höhere Kapazitäten. HVDC Freileitung à 4 GW
▪ Erdgas-/Flüssigmedien-Pipelines liegen bereits HVDC Kabel à 2 GW
H2-Pipeline à 40 GW 25
Szenarien abgeleitet aus MKS-Studie LBST/IFEU/IWES, Synergien, 2016 ( 1420 mm, Druck: 10 MPa)
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deEuropean Hydrogen Backbone – 2030 / 2040
ludwig bölkow
systemtechnik
Quelle: Extending the European Hydrogen Backbone, April 2021
26
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deDahlberg, DLR, Bölkow
– die Vordenker des solaren Wasserstoffs
ludwig bölkow
systemtechnik
Quelle: Transport in Europa, CESTA, Sept. 1987 27
[Bild: DFVLR]
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deEinordnung der Transportalternativen (1)
Vor- und Nachteile der verschiedenen H2-Trägermedien
ludwig bölkow
• Pipeline ist bei hoher Kapazität und Auslastung wirtschaftlich vorteilhaft
systemtechnik
• H2-Transport via Schiff ist flexibel und auch für vergleichsweise geringere Volumina
geeignet
• Große Sicherheitsbedenken existieren bei flächendeckender Nutzung und Transport
von NH3 als Energie- bzw. H2-Träger (weniger kritisch bei Versorgung als grüner Grundstoff)
• Geringe Transportkosten bei NH3 und insbesondere bei MeOH
• Hohe Kosten und hoher Energiebedarf für Bereitstellung von H2-Kraftstoff aus LOHC,
NH3 & MeOH (Wirkungsgrad- und Prozesskette – zw. 20% und 40% Energieverlust)
• LH2-Vektor ermöglicht platzsparende, energie- und kosteneffiziente Bereitstellung von
70MPa CGH2, LH2 und CcH2-Kraftstoffen an der Tankstelle.
• LH2-Abdampfverluste bei längerer Transport- und Speicherdauer
28
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deEinordnung der Transportalternativen (2)
Liquid Hydrogen Carriers vs. Piped H2 and LH2
ludwig bölkow
systemtechnik
▪ Liquid Hydrogen Carriers (Marlotherm, CH3OH, MCH und NH3) sind für die wettbewerbs-
fähige (Langstrecken-)Anlieferung von später in hoher Reinheit und unter Druck Einsatz
findendem Wasserstoff wirtschaftlich nicht sinnvoll (Energieaufwand und THG Emissionen zu hoch)
– hierfür sind in erster Linie Pipeline- und LH2-Anlieferung zu präferenzieren
▪ LHC können jedoch zum Transport grüner Rohstoffe bzw. auch zur Versorgung mit H2 für
industrielle Nutzung (geringe Eingangsdrücke, keine sehr hohen Reinheitsanforderungen)
geeigneten Einsatz finden
▪ Methanol und Ammoniak als flüssige Chemiegrundstoffe sowie übergangsweise
synthetisches Kerosin können auch über größere Entfernungen auf dem Seeweg
wirtschaftlich und energieeffizient importiert werden
▪ Grüner H2 als Fahrzeugkraftstoff importiert via Pipeline oder LH2 kann für max. 5 €/kg
realisiert werden, Import via LHC zur Erzeugung von H2 für Fahrzeuge nur deutlich > 5 €/kg 29
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deTransportoptionen
ludwig bölkow
▪ 24/7 H2-Verflüssigung, Transport per LH2-Schiff → LH2 systemtechnik
▪ Pipelinetransport → GH2
▪ Ammoniak-Erzeugung (Luftzerlegung; NH3-Synthese) → NH3
▪ Methanol-Erzeugung (DAC, MeOH-Synthese) → MeOH
▪ LOHC [Marlotherm, MCH] (Be-/Entladung, Transport) → GH2 (nach Entladung)
Exportland Importland (z.B. H2 im Straßenverkehr)
Großentsalzungsanlage in Berechnung einbezogen (ohne Abbildung) Strom aus dem Netz für Wasserstoffaufbereitung und Tankstelle
30
18.11.2021 LBST.deTechnische Entwicklungen und Barrieren
ludwig bölkow
▪ Verteilung und Konditionierung in Deutschland bilden einen wesentlichen systemtechnik
Kostenbeitrag
▪ Die kostengünstigste Transportoption hängt damit wesentlich vom benötigten
Endenergieträger und dessen Verteilung in Deutschland ab:
− LH2: Straßenverkehr, Schiene, Schiff etc. (LH2, CcH2, CGH2)
− GH2: Industrie; Straßenverkehr, Schiene, Schiff etc. (CGH2)
− Ammoniak: Ammoniak/Düngemittel, Ammoniak/Kunststoffproduktion, Schiff (?)
− Methanol: Raffinerie, Petrochemie (High Value Chemicals: Olefine, Aromaten)
− Marlotherm: Trägersubstanz muss entladen werden → GH2
▪ H2-Derivate (NH3, MeOH, Marlotherm, MCH) setzen Energie (Wärme) FREI im
Erzeugungsland und benötigen Energie-EINSATZ in Deutschland (für PEMFC-Anwendungen in
DE sind diese nach Dehydrogenierung, Reinigung und Konditionierung nicht mehr mit LH2 oder Pipeline wettbewerbsfähig)
31
18.11.2021 LBST.deZusammenfassung
ludwig bölkow
• Bis spätestens 2045 verliert DE weitestgehend seine fossile und nukleare Grundlastfähigkeit
systemtechnik
und muss 2.000 TWh Kohle, Öl und Gas klimaneutral ersetzen
• Die Energiewirtschaft muss ihre Jahresemissionsmenge bis 2030 um 61,4% verringern, der
Verkehrssektor um 48%
• Selbst bei zeitgleichem Anschluss aller Erzeuger an alle Verbraucher lassen sich in DE ab ca.
2035 perspektivisch 220 TWh/a erzeugter Strom nicht absetzen
• Grüner H2 ist zuerst im Straßenverkehr wirtschaftlich und kommt bis 2025 in den Schwer-
laststraßenverkehr (Hyundai, CleanLogistics, Quantron, Paul Nfz., Hyzon | IVECO/Nikola, Daimler)
• Grüner H2 lässt sich für alle Anwendungen vollumfänglich in DE, der EU und den direkt
angrenzenden Ländern erzeugen
• H2-Pipelines sind die kostengünstigste Transportmethode für große H2-Mengen
• Flüssige H2-Derivate sind in erster Linie für die Bereitstellung grüner Rohstoff geeignet, 32
Marlotherm auch zur Versorgung von Industriekunden mit H2
18.11.2021 © Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH LBST.deVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Reinhold Wurster
Senior Consultant
T: +49 89 608110-33
E: Reinhold.Wurster@LBST.de
Tw: @H2FCEV
LBST · Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH
Daimlerstr. 15 · 85521 München/Ottobrunn · Germany
www.lbst.de91 Wasserstofftankstellen in Deutschland (16 in Planung, Bau, Inbetriebnahme)
ludwig bölkow
systemtechnik
Bestand Bestand TOTAL
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Wiener Strasse 39
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14.11.2021
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