Mit Wasserstoff in die Zukunft - Schwerpunkt H2 - Hoffnung oder Hype? 4 21 - Fichtner
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Auszug aus
Ausgabe 4
August 2021
Schwerpunkt H2 – Hoffnung oder Hype?
Mit Wasserstoff in die Zukunft
Von Matthias Schlegel, Head of Hydrogen, Fichtner GmbH & Co. KG
und Oliver Broich, Consultant, Fichtner Management Consulting AG
ISSN: 1611-2997Schwerpunkt H2 – Hoffnung oder Hype?
Mit Wasserstoff
in die Zukunft
Chancen für kommunale Unternehmen
Von Matthias Schlegel, Head of Hydrogen, Fichtner GmbH & Co. KG
und Oliver Broich, Consultant, Fichtner Management Consulting AG
F to: © onurdongel/istockphoto
2 Auszug aus e|m|w Heft 04|2021
oH2 – Hoffnung oder Hype? Schwerpunkt
W
asserstoff ist derzeit eines der Gasheizungen sind teils einfach, teilweise aber auch technisch
dominierenden Themen in der kaum auf die Nutzung von Elektrizität umstellbar. Daher ist die
Erwartung realistisch, dass wir auch in einer weitgehend dekar-
Energiewirtschaft und Industrie. bonisierten Welt chemische Energieträger benötigen werden.
Vor dem Hintergrund zukünftig Europa als Energieimporteur
benötigter Importe bringen sich verschie- Der Stromsektor umfasst lediglich circa ein Viertel der ver-
brauchten Endenergie Europas. Das macht deutlich, dass in
dene internationale Player mit Gigaprojek- jedem Fall ein massiver Ausbau der erneuerbaren Energien
ten in Stellung. Doch auch auf kommuna- notwendig sein wird, um eine nachhaltige Elektrifizierung von
bisher mit chemischer Energie versorgten Anwendungen zu er-
ler Ebene bieten sich große Chancen. reichen. Wie groß die Herausforderung ist, zeigt sich aber nicht
nur im Vergleich der beiden Sektoren Stromnutzung (23 %) und
Nutzung chemischer Energieträger (62 %). Auch die Energie-
Wasserstoff ist zur Zeit allgegenwärtig: Eine ständig wachsende bilanz Europas spricht eine deutliche Sprache: Basierend auf
Zahl an Projekten in stetig zunehmender Größenordnung wird Eurostat-Daten lässt sich ermitteln, dass die EU-27 aktuell un-
angekündigt, nationale Wasserstoffstrategien entstehen in vielen gefähr 55 Prozent der Primärenergie importiert. Dies geschieht
Ländern überall in der Welt und die verschiedensten Unterneh- vorwiegend in der Form fossiler chemischer Energieträger. Diese
men positionieren sich, um den Trend zu nutzen. Doch woher Importe gilt es im Rahmen der Dekarbonisierung zu ersetzen –
kommt diese Entwicklung und welche Chance bietet sie für die entweder durch Strom aus erneuerbaren Energien oder durch
Energiewirtschaft in Deutschland? Um diese Fragen zu beantwor- CO2-neutrale chemische Energie.
ten, lohnt es sich, zunächst die Treiber hinter der rasanten und
für viele überraschenden Entwicklung von Wasserstoff in der Bei Betrachtung des bisherigen Ausbaupfades erscheint es einer-
Diskussion um die Energieversorgung der Zukunft zu beleuchten: seits nur schwer vorstellbar, dass Europa innerhalb kurzer Zeit
Die Welt hat sich höchst ambitionierte Ziele für die Dekarbonisie- die Mengen aus erneuerbaren Energien erzeugten Stroms selbst
rung gesetzt. Im Pariser Klimaabkommen wurde eine weitgehen- erzeugt. Andererseits ist der Import von Strom spätestens seit
de Klimaneutralität bis 2050 vereinbart. dem Scheitern von Desertec nur noch projektbezogen und nicht
mehr als Gesamtlösung für Europa in der Diskussion. Aus diesem
Wasserstoff – nachhaltiger Trend oder heiße Luft? Grund ist zu erwarten, dass zumindest ein Teil der Energie
Ob und in welchem Anteil Wasserstoff diese Energiewende be- importe Europas auf einem CO2-neutral erzeugten, chemischen
stimmen wird, hängt zum guten Teil davon ab, inwieweit ein „all Energieträger basieren werden.
electric“-Szenario – also die Nutzung von Strom als Hauptener-
gieträger – realistisch ist. Hier sind vor allem zwei Aspekte zu Die Zeit für Wasserstoff ist gekommen
betrachten: Die Energieform, die Verbraucher heute nutzen, und Das große Potenzial von Wasserstoff ist es also, bestehende
die Verfügbarkeit von Energie. Prozesse, die chemische Energie nutzen, und die Energieimporte
Europas zu dekarbonisieren. Doch dieses Potenzial hatte Wasser-
In den letzten Jahrzehnten wurden große Anstrengungen zur stoff schon lange und schon mehrmals in der Geschichte wurde
Dekarbonisierung des Stromsektors unternommen. Betrachtet ihm eine große Zukunft vorausgesagt. Für Unternehmen und
man jedoch die Form der Energie in Europa, die letztlich beim Entscheidungsträger ist es daher wichtig, die Frage zu beant-
Verbraucher ankommt, wird eines schnell klar: Eine Dekarbo- worten, ob es dieses Mal anders sein wird. Aus unserer Sicht
nisierung des Stromsektors allein wird bei weitem nicht ausrei- sorgen mehrere Faktoren für ein Umfeld, das sich fundamental
chen, um unsere Klimaziele zu erreichen. Wie in Abbildung 1 von der Vergangenheit unterscheidet. Die Anstrengungen zur
ersichtlich, werden heute gut 60 Prozent der Endenergie als Dekarbonisierung haben somit eine andere Verbindlichkeit als
Direktnutzung der chemischen Energieträger Kohle, Erdölproduk- in der Vergangenheit: Erstens ist der Klimawandel immer stärker
te und Erdgas verbraucht. Die Anwendungen vom Verbrennungs- spürbar. Dies erzeugt einen stetig steigenden Druck von Wählern
motor über Industrieprozesse wie die Stahlerzeugung bis hin zu und Konsumenten auf Politik und Industrie. Erleichtert werden
01 Zusammensetzung des Endenergieverbrauchs in Europa
Erneuerbare Konventionell
Brennstoffe erzeugte Elektrizität
Chemische Energie* 10 % 15 %
62 %
Wärme Erneuerbar
erzeugte Elektrizität
5%
*Ölprodukte, Kohle, Erdgas 8%
Auszug aus e|m|w Heft 04|2021 3Schwerpunkt H2 – Hoffnung oder Hype?
die Anstrengungen gegen den Klimawandel weiterhin durch Golfstaaten positionieren sich auch Gazprom in Russland und
historisch niedrige und immer noch fallende Kosten für erneu- Equinor in Norwegen als zukünftige Wasserstofflieferanten.
erbare Energien und durch die große Menge an Kapital, das für Hierbei sollen vor allem türkiser und blauer Wasserstoff eine
nachhaltige Investitionen zur Verfügung steht. Klimaabkommen, große Rolle spielen.
nationale Ziele und Steuern auf CO2-Emissionen, die in den
letzten Jahren verabschiedet wurden, zeigen, dass dieser Weg an Demgegenüber gibt es international auch neue Player, die am
Verbindlichkeit zunimmt. Ergänzt wird dieser regulatorische As- steigenden Bedarf von CO2 freien Energieträgern teilhaben
pekt durch freiwillige Initiativen der Industrie, die Nachhaltigkeit möchten. Hierzu zählen insbesondere Australien und Chile. In
als Wettbewerbsvorteil und immer häufiger sogar als Teil ihrer Australien sind Projekte für eine kumulierte installierte Elektroly-
Geschäftsgrundlage versteht. seleistung von 29,9 GW angekündigt. In Chile sollen die weltweit
einzigartig niedrigen Wasserstoffgestehungskosten genutzt wer-
Globale Wertschöpfungsketten für Wasserstoff den, um ein Großexporteur zu werden.
Giga-Projekte in potenziellen Exportländern
Die Ernsthaftigkeit, mit der Europa die Dekarbonisierung vor- Skaleneffekte und günstige Wasserstoff-Gestehungskosten
antreibt, wird weltweit wahrgenommen. Die Erkenntnis, dass als Wettbewerbsvorteil
Europa dabei zumindest teilweise vom Import CO2-neutraler Der Wettbewerbsvorteil von Ländern wie Chile, Australien oder
Energieträger abhängig sein wird, hat die Entwicklung einer den Staaten am Persischen Golf liegt in ihren geringen Kosten für
gigantischen Investitionspipeline weltweit in Gang gesetzt: Fast die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien. So kann in
im monatlichen Abstand werden derzeit Projektpläne für die den Vereinigten Arabischen Emiraten Strom aus Photovoltaik zu
Erzeugung von Wasserstoff im Gigawatt-Bereich veröffentlicht: Kosten unter 1,5 Dollar-Cent pro Kilowattstunde erzeugt werden.
In Saudi Arabien wird beispielsweise im Zuge der Errichtung Wind an der Magellanstraße in Chile schafft mit seinen hohen
der Modellstadt Neom das Projekt Helios geplant. Ziel ist es Vollbenutzungsstunden ebenfalls beste Voraussetzungen für die
hierbei, bis 2025 täglich 650 Tonnen grünen Wasserstoff und Erzeugung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse, weshalb
3.000 Tonnen grünen Ammoniak zum Export bereitzustellen. die Fixkosten in Abbildung 2 deutlich geringer sind als beispiels-
Ein Konsortium unter Beteiligung des deutschen Autobauers weise bei einer Kleinanlage in Europa.
Porsche plant in Chile die Errichtung einer E-Fuels-Anlage, die
bis zum Jahr 2026 550 Millionen Liter Kraftstoff produzieren Es wird klar, dass die Produktion von grünem Wasserstoff in
soll. Dies sind nur zwei Beispiele für die weltweit angekündig- Großanlagen in den Ländern mit den besten Erneuerbare-Ener-
ten Giga-Projekte. gien-Ressourcen der Welt große Wettbewerbsvorteile gegenüber
Deutschland hat. Neben den geringeren Energiekosten kommen
Aus ihnen lässt sich erkennen: Zum einen streben Staaten hier die Skaleneffekte der oben beschriebenen Großprojekte
und Unternehmen, die bisher vorwiegend auf den Export von zum Tragen: Während in Deutschland Projekte im ein-, zwei-
fossilen Energieträgern gesetzt haben, danach, den zukünftigen und inzwischen perspektivisch auch im niedrigen dreistelligen
Absatzrückgang mit Wasserstoff zu kompensieren. Insbesondere MW-Bereich entwickelt werden, setzt die Exportwirtschaft
Staaten in der Golfregion wie Saudi Arabien oder der Oman weltweit auf Größenordnungen mehrerer Gigawatt. Die dadurch
fokussieren sich darauf, die natürlichen Ressourcen Sonne entstehende Reduktion der spezifischen Kapitalkosten ergibt
und Wind zur Wasserstoffproduktion zu nutzen. Neben den zusammen mit den geringen Energiekosten einen deutlichen
Wettbewerbsvorteil im Produktionsteil der Wasserstoff-Wert-
schöpfungskette.
02 Wasserstoffgestehungskosten Die Chance für Deutschlands Unternehmen
Bedeuten die Vorteile der Exportländer in der Produktion, dass
die Chancen für Deutschlands Unternehmen, und insbesondere
6
Wasserstoffgestehungskosten in $/kg
für die kommunale Energiewirtschaft im Bereich Wasserstoff zu
klein sind, um hier aktiv zu werden? Im Gegenteil. Transport
5 und die Entwicklung des Absatzes spielen eine mindestens
ebenso große Rolle.
4
Chancen für die kommunale Energiewirtschaft
3 Beobachtet man die aktuellen Projekte und Initiativen, so lassen
sich zwei Ansätze zur Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft
erkennen:
2
Zum einen ist hier der Top-down-Ansatz, das heißt, große Vor-
1 abinvestition mit großskaligen Anlagen und dem Ausbau einer
entsprechenden Infrastruktur zu nennen. Beispiele hierfür sind
0 North H2, der European Hydrogen Backbone oder die Diskussi-
PV VAE Wind Wind Netzstrom Netzstrom onen um den Wasserstoffimport. Diese Ansätze fokussieren sich
Offshore Offshore Mittel- Mittel- auf Produktion und Infrastruktur. Während sie essenziell für die
Chile Nordsee europa europa Entwicklung von Wasserstoff sind, hängen sie ihrerseits davon
Kleinanlage ab, dass der Bedarf an Wasserstoff entwickelt wird. Bei Diskussi-
onen über die Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft wird daher
Stromkosten Fixkosten oft vom „Henne-Ei-Problem“ gesprochen: Wasserstoffabnehmer
schieben eine Investition in die Dekarbonisierung ihrer Prozesse
4 Auszug aus e|m|w Heft 04|2021H2 – Hoffnung oder Hype? Schwerpunkt
03 Strategische Entscheidungsmöglichkeiten kommunaler Unternehmen
Zielbild: Entscheidungspunkte: Mögliche Maßnahmen:
Beispielsweise „Führender H2-Versorger zur Entscheidung bezüglich des ∙ First Mover
Dekarbonisierung der Kommune und Industrie“ Timings des Eintritts in den ∙ Follower
H2-Markt und von Maßnahmen ∙ ...
Entscheidung bezüglich der ∙ Aufbau EE-Erzeugung
Partner zukünftigen Geschäfts- ∙ Einstieg in H2-Produktion
tätigkeit des Unternehmens ∙ Dienstleistungen für Industrie
∙ Wärmemarkt
Technologie 4 ∙ ...
Entscheidung bezüglich der ∙ Versorgung der Bestands-
angesprochenen Kunden- kunden im Wärmemarkt
Märkte/Kunden märkte (Go-to-Market) ∙ Ansprache neuer Kunden,
z.B. Verkehr, Industrie
∙ ...
Geschäftsmodell
4 Entscheidung bezüglich der ∙ Elektrolyse und Pyrolyse zur
zu wählenden Technologie H2-Produktion
Timing zur Ausführung der Geschäfts- ∙ Erstellung eines Transport-
tätigkeit portfolios aus Pipeline, LKW
etc.
∙ ...
Ausgangslage: Wahl geeigneter Partner ∙ Plattformgesellschaft mit
Beispielsweise „Gasversorger mit starker kommunaler zur Zielsicherung anderen VNBs
Verzahnung und großen Industriepartnern“ ∙ Kooperation mit Abnehmer
(ÖPNV, Industriekunde, ...)
∙ ...
Gewählte Option Nicht gewählte Option
auf, da einerseits grüner Wasserstoff noch nicht großflächig ver- ratung Fichtner Management Consulting in vielen dieser Projekte
fügbar ist und andererseits verschiedene Technologien konkur- lassen sich vier Erfolgsfaktoren identifizieren:
rieren und ein Lock-in-Effekt vermieden werden soll. Potenzielle
Wasserstoffproduzenten wiederum investieren nicht in Anlagen Produktion
zur Bereitstellung von Wasserstoff, da nicht ausreichend gesicher- Dem Nachteil fehlender Skaleneffekte und damit einhergehen-
te Wasserstoffabnehmer existieren. der hoher Wasserstoffgestehungskosten kann dadurch begegnet
werden, dass gezielt günstige Stromquellen mit hohen Volllast-
Dieses Problem geht zum anderen ein Bottom-up-Ansatz an, den stunden als Stromquelle genutzt werden. Beispiele hierfür sind
wir oft in lokal fokussierten Projekten wahrnehmen: Hierbei die- lokale Wasserkraft, eine Kombination aus Post-EEG-Wind und
nen einzelne Wasserstoffprojekte als Keimzelle zur Dekarbonisie- -Photovoltaik-Anlagen oder die Müllverbrennung.
rung von Prozessen und Industrien in der Region. Durch die lo-
kale Vernetzung können bereits heute attraktive, örtliche Nischen Transport
und Synergien gefunden werden. Die Erzeugung, Verteilung und Durch geringe Entfernungen reduzieren sich die Transportkosten
der Absatz entwickeln sich parallel weiter. Dies reduziert das für den Wasserstoff. Diesen Wettbewerbsvorteil lokaler Projekte
Risiko für alle Projektbeteiligten und ermöglicht eine Hochskalie- gilt es zu maximieren. Dies kann einerseits durch Produktion
rung des lokalen Wasserstoffmarktes. direkt beim Verbraucher, durch die Minimierung von Transport-
wegen oder durch kurze, lokale Netzabschnitte für Wasserstoff-
Erfolgsnischen für kommunale Wasserstoffprojekte transport geschehen.
Vor dem Hintergrund des langwierigen Ausbaus der großen
Wasserstoffprojekte und -infrastrukturen bietet sich für die kom- Abnehmer
munale Energiewirtschaft gerade ein attraktives Zeitfenster. Der Auf lokaler und kommunaler Ebene können gezielt hochpreisige
teure Transport von Wasserstoff – sowohl auf der Straße als auch Anwendungsfälle frühzeitig identifiziert und abgedeckt wer-
auf der See – lässt gepaart mit dem Interesse von Industrie und den, um hohe Deckungsbeiträge zu erwirtschaften. Essenzieller
Mobilität am Thema Wasserstoff attraktive Nischen entstehen, Bestandteil dieses Ansatzes ist die Kooperation mit Ankerkunden,
die gezielt zur Projektentwicklung genutzt werden können. Aus mit denen eine Hochskalierung des Geschäfts möglich ist. Somit
der Arbeit von Fichtner und deren Strategie- und Managementbe- ist eine frühzeitige Positionierung als lokaler „Dekarbonisie-
Auszug aus e|m|w Heft 04|2021 5Schwerpunkt H2 – Hoffnung oder Hype?
rungspartner“ möglich und Schlüsselkunden können frühzeitig
gebunden werden, ohne ein übermäßiges Risiko einzugehen.
Synergien MATTHIAS SCHLEGEL
Die lokale Vernetzung und Synergien in allen Wertschöpfungsstu-
fen helfen beispielsweise entstehende Nebenprodukte zu verwer- Jahrgang 1982
ten und dadurch die ökonomische Attraktivität der Wasserstoff-
erzeugung weiter zu erhöhen. Ein Beispiel ist die Auskopplung 2002–2008 Studium des Technologiemanagements, Universität
und Vermarktung der Abwärme in Fern- oder Nahwärmenetze. Stuttgart
seit 2008 unterschiedliche Positionen, Fichtner GmbH & Co.KG
Neben der Akquise von Ankerkunden sollten auch andere As-
pekte betrachtet werden, die in Abbildung 3 auf Seite 27 anhand seit 2019 Head of Hydrogen, Fichtner GmbH & Co.KG
eines Strategiepfads veranschaulicht sind. So sollte die gesamte matthias.schlegel@fichtner.de
Wertschöpfungskette der zukünftigen Geschäftsaktivitäten analy-
siert und geeignete Partner gesucht werden. Vor dem Hintergrund
der teilweise sehr jungen Technologien ist weiterhin ein Scree-
ning der Auswahl am Markt essenziell für den Erfolg. Insofern ist
unserer Ansicht nach ein strategisches Gesamtkonzept des Un- OLIVER BROICH
ternehmens wichtig, um den Vorhaben über das einzelne Projekt
hinaus „Wert“ zu geben. Einerseits unterstützt dies die Identi- Jahrgang 1991
fikation und Ansprache von Ankerkunden. Andererseits kann
so die langfristige Rolle des eigenen Unternehmens im Bereich 2011 –2018 Studium des Wirtschaftsingenieurwesen, TU Braun-
Wasserstoff klar definiert werden und bereits das erste Projekt schweig
unter Berücksichtigung der eigenen Schwächen und Stärken und
2019–2020 Projektingenieur/Projektleiter, ILF Consulting Engineers
der spezifischen Chancen und Risiken ein Schritt in der Entwick-
GmbH, München
lung im Bereich Wasserstoff sein. Mit diesen Leitlinien lassen sich
unserer Erfahrung nach bereits heute strategisch wertvolle und seit 2020 Consultant, Fichtner Management Consulting AG
erfolgreiche Projekte auf kommunaler Ebene entwickeln. oliver.broich@fmc.fichtner.de
Wasserstoff Farbenlehre
Schwarzer Wasserstoff Weißer Wasserstoff
H2 wird mittels Vergasung von Steinkohle H2 stammt aus natürlichen Quellen.
hergestellt, bei der Herstellung fällt Kohlendio-
xid- bzw. Kohlenmonoxid an.
Grüner Wasserstoff
Brauner Wasserstoff H2 wird mittels Elektrolyse von Wasser hergestellt,
H2 wird mittels Vergasung von Braunkohle der Energie-Input kommt aus Ökostrom,
hergestellt, bei der Herstellung fällt Kohlendio- Endprodukte: Wasserstoff und Sauerstoff.
xid- bzw. Kohlenmonoxid an.
Grauer Wasserstoff Oranger Wasserstoff
H2 wird mittels Dampfreformierung aus Kohlen-
H2 wird mithilfe von Abfällen oder Bioenergie
(Biogas, Biomasse, Biomethan) hergestellt;
wasserstoffen (meist Erdgas) und Wasser
dabei kommen unterschiedliche Verfahren zum
hergestellt. Neben Wasserstoff entsteht dabei
Einsatz (Dampfreformierung, Elektrolyse,
Kohlenstoffdioxid. Die für den Prozess
Vergasung).
benötigte Energie stammt aus fossilen
Energieträgern, in der Regel aus Erdgas.
Roter und gelber Wasserstoff
Blauer Wasserstoff H2 wird mittels Elektrolyse von Wasser hergestellt,
H2 Grauer Wasserstoff, bei dem das CO2 anschlie- der Energie-Input kommt aus Atomstrom,
ßend abgeschieden wird. Endprodukte: Wasserstoff und Sauerstoff.
Türkiser Wasserstoff Bunter Wasserstoff
H2 wird mittels Methanpyrolyse aus Erdgas oder H2 wird mittels Elektrolyse von Wasser hergestellt,
Biogas gewonnen, als Nebenprodukt entsteht der Strom stammt dabei vom Strommarkt,
fester Kohlenstoff. Endprodukte: Wasserstoff und Sauerstoff.
6 Auszug aus e|m|w Heft 04|2021energate gmbh
Norbertstraße 3 – 5
D-45131 Essen
Tel.: +49 (0) 201.1022.500
Fax: +49 (0) 201.1022.555
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