Wasserstoff - Studie - Chancen, Potentiale & Herausforderungen im globalen Energiesystem - umlaut
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Wasserstoff — Studie. Chancen, Potentiale & Herausforderungen im globalen Energiesystem.
Inhalt
Einleitung6
Wandel hin zur emissionsfreien Wirtschaft 10
Den Weg zum Energiesystem 2050 als Chance begreifen 14
Modellierung eines zukünftigen Energiesystems 16
Ergebnisse der Simulation 17
Wasserstoff-Versorgung – Ein weltweiter Markt 32
Ein emissionsfreies Energiesystem ist realisierbar 40
Die Transformation – Was denkt die deutsche Wirtschaft? 44
Branchenmeinungen im Blickpunkt 58
Pioniere des Wasserstoffes 70
USA (Kalifornien) 72
China 73
Japan 74
Europa 76
Deutschland 78
Referenzen88
3
— Einleitung.
Einleitung Einleitung
100% Energiewende
Der Gesamtenergieverbrauch Deutschlands von ca. Betrachtet man die Kosten für die Zielerreichung bis Produktion & Logistik Deutschlands sind ideal, um sie als Wasserstoff-Spei-
2550 Terawattstunden (TWh) hat sich in den ver- 2050 auf Basis der heute bekannten Technologien Wasserstoff wird in Zukunft in sonnen- und wind- cher zu nutzen und auch saisonal erneuerbare Energien
gangenen 30 Jahren kaum verändert. Lediglich 10 und dazugehörigen Entwicklungsszenarien in Bezug reichen Ländern produziert und global gehandelt speichern zu können. Diese Chance hat kaum ein
Prozent dieses Verbrauchs wird durch erneuerbare auf Preis, Effizienz und Auslastung, ergibt sich ganz werden. Dieses besondere Gas, welches schon seit anderes Land in Europa, und so könnte Deutschland
Energien erzeugt. Grund für diese geringe Zahl ist klar eine Erkenntnis: Für ein nahezu emissionsfreien ca. 4,5 Milliarden Jahren unsere Sonne mit Energie sogar zum Wasserstoff-Speicher Europas werden.
unter anderem, dass mit 68 Prozent der Großteil Energiesystems muss Wasserstoff eine erhebliche versorgt, hat somit das Potential zum neuen Energie-
unseres Energiebedarfs importiert wird - in Form Rolle spielen! Im Szenario mit einer Treibhausgas- medium der Energiewende zu werden sowie Öl- und Die Nutzung von Wasserstoff als nachhaltiger Energie-
von Kohle, Mineralöl und Gas. minderung um 95 Prozent wird der jährliche Ver- Kohle-Handelsströme zu ersetzen. Es bringt somit träger sollte nicht ausschließlich ausgehend vom
brauch von Wasserstoff bis 2050 sogar um mehr als den weltweiten Wandel hin zu erneuerbaren Energien Thema Mobilität betrachtet werden, da ein Großteil
Momentan wird die Dekarbonisierung der Energie- zehn Millionen Tonnen ansteigen. Die intensive Inte- weiter voran. Neben Deutschland müssen nahezu auch in weiteren Bereichen verwendet wird. Dennoch
anwendungen vor allem durch den Ausbau erneuer- gration von Wasserstoff in das Energiesystem und alle großen Industrieländer zukünftig Wasserstoff wird Wasserstoff als Treibstoff stark zur Dekarbonisierung
barer Energien im Stromnetz vorangetrieben. Der der Industrie ist daher die volkswirtschaftlich kosten- importieren. Ein realistischer Preis beim Import von im Transportbereich beitragen, maßgeblich etwa im
Anteil der elektrischen Energie am gesamten Energie- optimale Variante, um die gesteckten Klimaziele zu Wasserstoff für Deutschland im Jahr 2050 wären 3,6 Güterverkehr. Beim Pkw-Verkehr liegt der Schwerpunkt
verbrauch steigt zwar stetig, beträgt allerdings aktu- erreichen. Hierfür müssten ca. 62 GW elektrischer Euro/kg – bezogen auf die heutige Kaufkraft. Aktu- dagegen eher auf batterie-elektrischen Antrieben.
ell nur ca. 24 Prozent. Ausgehend von dem Ziel einer Leistung an Elektrolyseuren aufgebaut werden. ell kostet ein Kilogramm Wasserstoff 9,5 Euro/kg an Dennoch wird auch hier Wasserstoff mit einem ver-
80 bzw. 95 prozentigen Treibhausgasminderung bis Deutschland wird sich aber realistisch betrachtet der Tankstelle. gleichbaren Anteil eingesetzt werden, ähnlich wie es
2050 im Vergleich zu 1990, stellt sich vor allem eine wohl nicht komplett selbst mit nachhaltig erzeugtem aktuell eine parallele Nutzung von Benzin und Diesel
Frage: Ist dieses Ziel allein durch den Austausch der Wasserstoff versorgen können. Entsprechend würde Die nötige Infrastruktur zur Nutzung von grünem Was- gibt. Die Architektur der Fahrzeuge unterscheidet sich
konventionellen Primärenergieträger mit erneuer- mehr als die Hälfte des benötigten Wasserstoffs aus serstoff muss nicht komplett neu aufgebaut werden. hierzu nicht maßgeblich, da der Antrieb stets elektrisch
barem Strom erreichbar? Besonders in den Sektoren dem Ausland importiert werden müssen. Logistisch kann größtenteils die bereits für den Trans- erfolgt. Insgesamt kommt Wasserstoff bezogen auf
Wärme, Verkehr und Industrie ist noch nicht klar, port von Erdgas bestehende Infrastruktur genutzt den Kraftstoffverbrauch im Jahr 2050 so voraussichtlich
welche Technologien eingesetzt werden, da hierfür werden. Auch Tankwagen sind eine gute Option für auf einen Anteil von 36 Prozent im Pkw-Verkehr und
nur wenige emissionsfreie Lösungsoptionen vorliegen. den Gastransport. Die Salzkavernen im Norden 72 Prozent im Güterverkehr.
6 7
Einleitung Einleitung
1
Für Flugzeuge sind auf lange Sicht keine Alternativen beitragen, dass Deutschland und Europa ihre kette die Möglichkeit zu wachsen. Durch die Sekto-
zum klassischen Antrieb mit Kerosin über Strahltrieb- Nachfrage nach sauberen Energieträgern decken renkopplung werden außerdem die bisher bestehen-
werke vorhersehbar, da insbesondere hier hohe können. Mit steigender Nachfrage werden enorme den Branchengrenzen aufgeweicht und die ge-
Energiedichten beim Energieträger ausschlaggebend Kapazitäten zur Wasserstoff-Erzeugung und -An- samte Energiewirtschaft wird sich stärker vernetzen
sind. Mit steigenden Fluggastzahlen steigt aber der Hydrogen wendung benötigt. müssen.
Druck auf die Regierungen und Unternehmen in der 1,0079
Branche, für fossile Kraftstoffe eine nachhaltige Alter- Unvorteilhafte Regulierung Trotz aller Vorteile der Nutzung von Wasserstoff als
native zu finden. Als Ausgangsstoff zur Herstellung Es bietet sich die Chance, die Leistungsfähigkeit grüner Energieträger, wird die Weiterentwicklung durch
von synthetischen Kraftstoffen wird Wasserstoff hier- und Erfahrung deutscher Unternehmen im Maschi- unvorteilhafte Regulierung gehemmt. Die Unterneh-
für ebenfalls eine maßgebliche Rolle spielen. nen- und Anlagenbau sowie dem Chemiesektor men sehen die Reduzierung der Steuern und Um-
Herangehensweisen haben die genannten Länder zu nutzen, um sich als globaler Technologieführer lagen für Elektrolyseure sowie den Aufbau der Nach-
Enormes Potential zwei Dinge gemeinsam: eine Roadmap und eine für Wasserstoff zu positionieren. Durch umlaut be- frage durch Großprojekte als zentrale Elemente zur
Die Wasserstoff-Technologie hat ein enormes Poten- klare Haltung der Regierung. fragte Unternehmen bestätigen das gewaltige Etablierung der Wasserstoff-Technologie.
tial zur Kostenreduzierung bei der Gesamtenergie- Potential für den Wirtschaftsstandort Deutschland
wende und benötigt, wie die Photovoltaik- und Eine Umfrage von umlaut unter Teilnehmern der und schätzen die Position der deutschen Industrie Mit den immer anspruchsvoller werdenden Heraus-
Windkrafttechnik, eine Anschubfinanzierung. Sub- zukünftigen Wasserstoff-Industrie in Deutschland im internationalen Vergleich durchaus gut ein, wenn- forderungen bei der Entwicklung des Weltklimas bis
ventionen haben bei diesen erneuerbaren Energien zeichnet ein eindeutiges Bild. Die Unternehmens- gleich der Vorsprung schwindet. zur Mitte des Jahrhunderts, sollte die Dimension des
dazu geführt, dass die Technologien heute zu wett- vertreter sind sich einig, dass für eine Transforma- Wasserstoffs zum Wohl der Gesellschaft noch erheb-
bewerbsfähigen Preisen Energie erzeugen. Wichti- tion unseres Energiesystems im Sinne der Energie- Traditionelle Vertreter der Energiewirtschaft werden lich an Bedeutung gewinnen. Nachhaltiger Wasser-
ge Industrieländer wie China und Japan, aber auch wende langfristig kein Weg an nachhaltig erzeug- sich auf die neuen Anforderungen mit neuen Ge- stoff bietet langfristig großes Potential, als universel-
der US-Bundesstaat Kalifornien und Kanada setzen tem Wasserstoff vorbeiführt. Internationale Wasser- schäftsmodellen einstellen müssen. Expertise im ler Energieträger und als chemisches Grundprodukt
verstärkt auf die Integration von Wasserstoff in stoff-Erzeugung wird die Abhängigkeiten im glo- Anlagenbau und im Gashandling bietet aber auch fossile Ressourcen zu ersetzen und emissionsinten-
Industrie und Mobilität. Trotzt unterschiedlicher balen Energiehandel stark verändern und dazu neuen Playern entlang der H2-Wertschöpfungs- sive Prozesse CO2-frei zu ermöglichen.
8 9Emissionsfreie Wirtschaft Emissionsfreie Wirtschaft
Wandel hin zur
emissionsfreien Wirtschaft
Auf der Klimaschutzkonferenz der vereinten Na- nologien sozial verträglich zu gestalten. Dabei ist Auswirkungen des Klimawandels aber Kosten im
tionen im Jahr 2015 in Paris haben 175 Staaten jedoch absehbar, dass die Vermeidung und Ver- Bereich von fünf bis 20 Prozent des globalen
ihre Absicht erklärt, die Treibhausgasemissionen ringerung der Treibhausgasemissionen auch der Bruttoinlandsprodukts verursachen werden.
um 80 bis 95 Prozent gegenüber dem Stand 1990 wirtschaftlich günstigere Pfad gegenüber der
zu reduzieren. Als Zwischenziel ist die Minderung Anpassung an Klimafolgenschäden sind. Bereits Die weltweit größte Datenbank zu Schäden aus
von mindestens 40 Prozent der Emissionen bis der „Stern Review on the Economics of Climate Naturkatastrophen, NatCatService von MunichRe,
2030 festgelegt1. Ende 2019 haben 77 Staaten - Change“ 2 in 2006 hat gezeigt, dass die Trans- zeigt schon im Verlauf der letzten Jahre einen
inklusive Deutschland - auf dem UN-Klimaschutz- formation zu einem nachhaltigen Energiesystem Anstieg der Katastrophenzahl. Aufgrund dieser
gipfel in New York beschlossen, bis 2050 die in etwa mit einem Prozent des globalen Brutto- evidenten Anzeichen des Klimawandels haben
Treibhausgasneutralität erreichen zu wollen. Das inlandsprodukts veranschlagt werden kann, die mehrere große Rückversicherer die Auflösung von
bedeutet, dass sich die Treibhausgasemissionen Geldanlagen angekündigt, welche mit Kohle-
dieser Staaten in Richtung „Netto-Null“ bewegen nutzung in Verbindung stehen3.
sollen. Grundlage für diese Zielsetzung ist die
Annahme, auf diese Weise die Weltklimaerwärmung Es ist selbsterklärend, dass zur Minimierung und
langfristig auf unter 1,5 Grad Celsius im Vergleich In einer emissionsfreien Vermeidung von Treibhausgasemissionen, die den weltweiten Energiehandel, da sie gut zu lagern
zum vorindustriellen Niveau begrenzen zu können. Energiewirtschaft ist Nutzung von fossilen, kohlenstoffhaltigen Primär- und einfach zu transportieren sind.
Wasserstoff essenziell, um energieträgern zunehmend zu reduzieren und
Die CO2-Reduktionsziele mittelfristig zu erreichen, die Gesamtkosten zu langfristig vollständig durch CO 2-freie Energie- International ergibt sich die Herausforderung, ein
erfordert einen fast vollständigen Wandel beim optimieren und System- träger zu ersetzen ist. Öl und Kohle haben zu- nachhaltiges Energiesystem zu etablieren, welches
globalen Endenergieverbrauch. Eine besondere sicherheit zu gewährleisten. sammen einen Anteil von ca. 60 Prozent4 am einen Austausch der aktuellen fossilen Primärener-
Herausforderung ist es, die Transformation des weltweiten Primärenergiebedarf. Dabei haben gieträger durch „grüne“ Energieträger in allen rele-
Energiesystems und die Einführung neuer Tech- diese Kohlenwasserstoffe ideale Eigenschaften für vanten Industrien und Sektoren ermöglicht.
10 11Energie— system —2050.
Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Den Weg zum Energiesystem Endenergieverbrauch in Deutschland nach Sektoren5 Abb. 01
2050 als Chance begreifen
TWh
3000
2500
Die Transformation zu einem nachhaltigen Energie- diesen hohen Verbrauch mit regenerativen Energien
2000
system stellt zwar eine Herausforderung dar, ist aber zu decken. Obwohl in Deutschland der Anteil re-
in Bezug auf die Zielerreichung einer CO2-Neutra- generativer Energien am Stromverbrauch bereits 46
lität alternativlos. Außerdem ermöglicht sie weiterhin Prozent beträgt, ist ihr Anteil am gesamten End-
1500
auch wirtschaftliche Chancen für Länder mit hohem energieverbrauch noch geringer als zwölf Prozent.
Potential an Solar- oder Windenergie oder für Der Ersatz von mehr als 2550 TWh durch erneuerbar
Technologienationen, zu denen auch Deutschland erzeugte Energie ist somit die zu lösende Aufgabe
1000
gehört. Die Möglichkeiten ergeben sich dabei be- bei der Transformation des Gesamtsystems.
sonders in Bezug auf die Herstellung, Steuerung und
Wartung sowie den Export von Anlagentechnik.
500
Status Quo: Energieverbrauch in Deutschland
Der Endenergieverbrauch in Deutschland hat sich Die Wasserstoff-Technologie
bietet enormes weltweites 0
seit 1990 nur marginal verändert. Das ist auf der
1990 2017 2050
einen Seite eine positive Nachricht, denn trotz ge- Absatzpotential für den Wirt-
stiegener Wirtschaftsleistung und erhöhter Mobilität schaftsstandort Deutschland.
haben hier Effizienzmaßnahmen gegriffen. Auf der
Gebäude Industrie Verkehr
anderen Seite ist es aber auch eine Herausforderung,
14 15Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Modellierung eines Ergebnisse der
zukünftigen Energiesystems Simulation
Die Ergebnisse in Abb. 02 zeigen, dass es zukünftig reichung der CO 2 -Reduktionsziele dar. Dabei
zu einer verstärkten Nachfrage nach elektrischer unterstützt Wasserstoff im „Szenario 80“ indem es
Zur Erreichung der Klimaschutzziele müssen klima- Durch die Nutzung einer neuartigen Modellfamilie, Energie kommen wird. Im „Szenario 80“ (CO2-Re- die Gesamtkosten reduziert. Im „Szenario 95“ wird
gasneutrale Lösungen für Strom, Wärme, Mobilität welche am Forschungszentrum Jülich (IEK-3) ent- duktion um 80 Prozent im Vergleich zum Basisjahr Wasserstoff sogar zur tragenden Säule der Ziel-
und Industrieprozesse gefunden werden. Dafür wickelt wurde, war es möglich, die deutsche Energie- 1990) steigt der Nettostromverbrauch auf 726 TWh erreichung und ist unverzichtbar.
stehen unterschiedliche Technologien zur Verfügung, versorgung in all ihren Wechselwirkungen und und im „Szenario 95“ (CO2-Reduktion um 95 Prozent
die zum Teil noch erhebliche Potenziale bei der Pfaden abzubilden. Dies bedeutet konkret, dass alle im Vergleich zum Basisjahr 1990) sogar auf 1008 Mit dem Modell werden die energiebedingten
Kostenreduktion aufweisen. Um die Anstrengungen Sektoren (Energie, Verkehr, Haushalte und Industrie) TWh. Dies liegt zum einen an neuen Verbrauchern, Wasserstoffnachfragen berechnet, wie z. B. der
in Forschung und Innovation, aber auch privatwirt- techno-ökonomisch in das Modell einfließen und welche den Strom direkt nutzen (z. B. Elektromobi- Wasserstoffeinsatz für brennstoffzellenbetriebene
schaftliche Investitionen in Bezug auf die Transfor- deren Energiebedarfe abgeschätzt werden. Für die lität oder Power-To-Heat) und zum anderen an der Fahrzeuge. Als weitere Wasserstoffnachfrage wird
mation des Energiesystems nachhaltig zu gestalten, Optimierung wählt das Modell neutral aus allen der- Erzeugung neuer Energieträger (z. B. Wasserstoff, der mögliche Wasserstoffbedarf für die Stahlerzeu-
stellt sich daher die Frage, welche Mischung an zeit verfügbaren Technologien und Primärenergie- synthetische Kraftstoffe)6. gung abgebildet.
Technologien für den volkswirtschaftlich besten Ent- trägern. Unter der Einhaltung der Reduktionsziele
wicklungspfad gebraucht wird. und den vorhersehbaren Energiebedarfen der Trotz des steigenden Stromverbrauchs sinkt ins-
Sektoren lassen sich die kosteneffizientesten Maß- gesamt der Endenergiebedarf im Szenario 80
Aufgrund der Varianz und der Komplexität eines nahmen bzw. Strategien zur Minderung von Treib- sowie im Szenario 95 nahezu identisch auf ca. 1600
zukünftigen Energiesystems bietet sich eine modell- hausgasen ermitteln. TWh. Dies verdeutlicht die Bedeutung der Um- Das Umsatzpotential von
technische Analyse an. Unter der Voraussetzung setzung von Energieeffizienzmaßnahmen als wich- Wasserstoff in Deutschland
einer weiterhin stabil funktionierenden Energiever- tigen Bestandteil der Zielerreichung. Bei Simula- wird im Jahr 2050 bei zwölf
sorgung, wird so auf Basis der Zielgröße für die tion vollkommener Technologieoffenheit stellt die Millionen Tonnen liegen.
CO2-Reduktion die optimale Ausgestaltung des ergänzende und teilweise intensive Nutzung von
Energiesystems erstellt. Wasserstoff die wirtschaftlichste Variante zur Er-
16 17Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Nettostromverbrauch im Szenario 80 Abb. 02
und 95 in dem Jahr 2050 in TWh6
Szenario Szenario
80 95
TWh
1008
1000 Im kostenoptimalen Technologiemix liegt der Was- sionsfreier, grüner Wasserstoff wird in der Regel in
serstoffverbrauch für das „Szenario 80“ bei etwa Elektrolyseuren unter Verwendung regenerativen
145 TWh. Das entspricht umgerechnet vier Millionen Stroms hergestellt.
800 Tonnen H2. Der Wasserstoff wird dabei jeweils zur
726
Hälfte durch Erdgasreformierung und Elektrolyse Im „Szenario 95“ beträgt die erforderliche Wasser-
gewonnen. Da für das „Szenario 80“ in dem Ener- stoff-Menge mit 399 TWh – umgerechnet also zwölf
600 giesystem im Jahr 2050 noch 20 Prozent CO 2 Millionen Tonnen H 2 - bereits das dreifache der
520 gegenüber dem Jahr 1990 erlaubt sind, reizt das Wasserstoff-Nachfrage von „Szenario 80“ (vgl. Abb.
Modell die günstigere Erdgasreformierung im Ver- 03). Hierzu wird die inländische Elektrolyseleistung
400 gleich zur Elektrolyse soweit es geht aus. Dies auf 62 GW ausgebaut, welche durchschnittlich 2900
bedeutet konkret eine Anlagenkapazität von 10 Volllaststunden pro Jahr erreichen. Der immense
Gigawatt für die Erdgasreformierung und 22 Giga- Strombedarf der Elektrolyseure unterstreicht die
200 watt installierter Elektrolyseleistung. Dabei werden Notwendigkeit diese an Netzknoten in der Nähe von
die Elektrolyseure mit durchschnittlich 2600 Voll- Standorten mit erheblichem Erzeugungspotential
laststunden im Jahr betrieben. erneuerbarer Energien zu installieren - maßgeblich
0 im Norden Deutschlands.
Heute 2050 2050 Wasserstoff der aus fossilen Energieträgern wie Erd-
gas oder Kohle gewonnen wird, nennt man grauen Deutschland hat theoretisch ein hohes eigenes Poten-
Wasserstoff. Werden hierbei über CO2-Abscheidung tial zur Wasserstoff-Erzeugung – vor allem unter
Gebäude & GHD Industrie und CO2-Speicherung die Treibhausgas-Emissionen Einbeziehung der Nutzung von Off-Shore-Windkraft.
der konventionellen Wasserstoffproduktion ver- Dennoch zeigen die Analysen: Gerade bei einem
Sektorenkopplung = Verkehr (E-Mobilität), PtX (Maßnahmen), Gebäudewärme & Warmwasser, Prozesswärme
mieden, spricht man von blauem Wasserstoff. Emis- Vergleich mit anderen Ländern kann in Deutsch-
18 19Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Bedarf an grünem Wasserstoff zur Energieerzeugung6 Abb. 03
Szenario Szenario
80 95
Mio t
land nicht der gesamte Wasserstoff-Bedarf kosten- ausreichenden Ausbau von erneuerbaren Energien 10
optimal hergestellt werden. Darüber hinaus wäre die zur Eigenversorgung in Deutschland ausgegangen
zu installierende Erzeugungsleistung derart hoch, dass werden darf. Die Gründe dafür liegen in der man-
bei den aktuellen Herausforderungen nicht von einem gelnden Akzeptanz bei der Bevölkerung und dem 8
immensen erforderlichen Flächenbedarf.
Der Anteil der inländischen Wasserstoff-Erzeugung 6
am Wasserstoff-Verbrauch beträgt 45 Prozent im
Dunkelflaute „Szenario 95“. Dies bedeutet, dass mehr als die Hälf-
Unter einer kalten Dunkelflaute wird te des Wasserstoff-Bedarfs importiert werden muss. 4
die Kombination unvorhergesehener Dies erhöht einerseits die Widerstandsfähigkeit des
Wetterereignisse verstanden, die Gesamtsystems, da auch bei Wind- und PV-schwa-
zu einer niedrigen erneuerbaren Strom-
chen Jahren Energieträger genutzt werden können 2
erzeugung bis hin zu einem Ausfall
der Erzeugung führen kann. Gleichzeitig und reduziert andererseits die Gesamtkosten des
wird von einer niedrigen Außentem- Energiesystems. Grund: Es müssen weniger unwirt-
peratur ausgegangen, die zu einem schaftliche EE-Anlagen in Deutschland zur Wasser- 0
hohen Heizwärmeverbrauch führt. stoff-Erzeugung herangezogen werden. Trotz des Heute 2030 2040 2050 2030 2040 2050
In der vorliegenden Studie wurde
relativ hohen Importanteils würde bezüglich des
von einem Zeitraum von zwei Wochen
Primärenergieverbrauchs eine höhere Eigenversor- Gebäude Industrie Energie Verkehr
im Monat Januar ausgegangen,
in der eine Dunkelflaute vorherrscht. gung im Vergleich zum Jahr 2019 stattfinden.
Bedarf an grünem Wasserstoff zur Energieerzeugung im Szenario 80 und 95 in den Stützjahren
Der in Deutschland erzeugte Anteil von 45 2030, 2040 und 2050. Aktueller „grauer“ Wasserstoff ist für „Heute“ nicht dargestellt.
20 21Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Zukünftige Wasserstoffpipeline im „Szenario 95“6 Abb. 04
Transmisionspipeline
Wasserstoff-Nachfrage im Vergleich zu anderen
97 – 363 Sektoren erst später.
Die Nutzung von Wasserstoff
363 – 628
ist eine Technologie zur Die Stahlherstellung beispielsweise ist heute eine der
628 – 894 sektorenübergreifenden großen industriellen CO2-Verursacher. Die Prozesse
894 – 1160 CO2-Reduktion – nicht nur dieser Industrie lassen sich nicht allein über eine Strom-
für den Individualverkehr. nutzung darstellen. Allerdings: Das sogenannte Direkt-
1160 – 1425 reduktionsverfahren zur Stahlherstellung unter Einsatz
Distributionspipeline von Wasserstoff stellt eine vielversprechende emis-
sionsfreie Alternative zur klassischen Hochofenroute
Erdgaspipeline dar. So wird im „Szenario 95“ bis zum Jahr 2050 die
Prozent am Wasserstoff-Bedarf zeigt aber auch,
Salzkavernen konventionelle Hochofenroute komplett durch das
dass der national hergestellte Wasserstoff selbst
Verfahren der Wasserstoff-Direktreduktion ersetzt.
mit den internationalen Top-Standorten konkur-
Allein hierfür ist der Einsatz einer jährlichen Wasser-
rieren kann.
stoff-Menge von 46 TWh erforderlich. Wasserstoff-
Direktreduktion sowie das Elektrostahlverfahren sind
In einem nahezu emissionsfreien Wirtschafts- und
die technischen Verfahren, auf denen die gesamte
Energiesystem beim „Szenario 95“ werden die ver-
Stahlerzeugung zukünftig basieren müsste.
bleibenden CO2-Emissionen in der Industrie erzeugt,
0 100 200 300 km da hier die höchsten Umstellungskosten vorliegen.
Weitere 88 TWh Wasserstoff sind im Jahr 2050 zur
Aufgrund der relativ hohen Kosten zur Umstellung
Bereitstellung von Prozesswärme in der Industrie
der Industrieprozesse entwickelt sich dort die
Vergleichbare Verläufe zwischen Erdgas- und Wasserstoffpipeline verdeutlichen das Umwidmungspotential erforderlich. Der Wasserstoff-Bedarf erhöht sich
22 23Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Wirkungsgradketten in der Wasserstoff-Wirtschaft in 2050 Abb. 05
73 % W2W
Verdichtung Lkw & Bus
350 bar H FCEV ca. 51 %
95 % 2 70 % (66km)
100 % 96 % 79 % Pipeline- 77 %
Transformator & Elektrolyse Verdichtung
EE Strom Gleichrichter
82 % 80 bar 65 %
96 % PKW
97 % Verdichtung W2W
700 bar H FCEV
ca. 46 %
85 % 2 70 %
79 % 71 % Pipeline- 69 % 68%
Ottomotor W2W
Sabatierprozess Verdichtung Transport
80 bar CH ICE
ca. 21 %
90 % 99 % 4 30 %
97 %
Ottomotor W2W
ICE
ca. 13 %
79 % 58 % 57% 23 %
Fischer-Tropsch- Transport
Synthese
99 %
E-Fuel
73 %
Flugzeug W2W
ICE
35–45 %
ca. 23 %
100 % 90 %
Bet. & e-Motor W2W
Stromnetz
BEV
90 %
85 %
ca. 77 %
100 % 40 % 36 %
Berg- & Bet. & e-Motor W2W
Stromnetz
Kohle Kraftwerk BEV
40 % 90 %
85 %
ca. 30 %
100 % 85 % 83 %
Förderung- & Dieselmotor W2W
Transport
Erdöl Raffinerie ICE
85% 98 %
26 %
ca. 22 %
FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle (Brennstoffzellenfahrzeug) BEV: Battery Electric Vehicle (batteriebetriebenes Elektrofahrzeug)
ICE: Internal Combustion Engine (Verbrennungsmotor) W2W: Well-to-Wheel (vom Bohrloch bis zum Rad)
24 25Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
zusätzlich, wenn der Rahmen des Szenarios noch „Szenario 95“ eine wichtige Option zur Aufrechterhal- und im Güterverkehr 20 Prozent mit synthetischen ausschließlich der Neubau von Wasserstoff-Pipelines
erweitert wird. Denkbar ist hier die Verwendung von tung einer sicheren Stromversorgung. So werden im Kraftstoffen betrieben. Der Flugverkehr wird voll- angenommen wird. Die neuen Pipelines hätten hier-
Wasserstoff als chemisches Grundprodukt, z. B. zur Jahr 2050 ca. ein Viertel des Wasserstoffe-Einsatzes ständig über synthetischen Kraftstoffe betrieben. bei einen sehr ähnlichen Verlauf wie bereits vor-
Ammoniakherstellung. für die Rückverstromung verwendet. handene Erdgaspipelines. Durch eine Umnutzung
Die Nutzung von Wasserstoff im großen Maßstab heute bestehender Erdgaspipelines könnten die
Mit zunehmendem Ausbau volatiler erneuerbarer Hierzu werden ca. 67 TWh Erdgaskavernenspeicher erfordert den Aufbau einer geeigneten inländischen Infrastrukturkosten im Vergleich zum Neubau noch-
Energien steigt der Bedarf an Energiespeichern. Der zu Wasserstoff-Kavernenspeichern. Zur Rückum- Transport- und Verteilungsinfrastruktur. In der Markt- mals signifikant verringert werden.
für die Systemsicherheit wichtigste Speicherbedarf wandlung in elektrische Energie muss zusätzlich eine einführungsphase lässt sich diese mit Hilfe von
liegt in der Langzeitspeicherung. Hiermit wird der Back-up-Kapazität von 13 GW mit Wasserstoff Lkw-Transporten realisieren. Es ergeben sich aber In Summe ergibt sich in dem für Deutschland model-
saisonale Ausgleich des Angebots an Solar- und betriebenen Gas- bzw. Gas-und-Dampf-Kombi- bereits früh Potentiale zur Umnutzung von Erdgas- lierten Zukunftsszenario das in Abb. 04 dargestellte
Windenergie sowie die Vorhaltung von Energie zur kraftwerk-Kraftwerken und 33 GW mit Wasserstoff hin zu Wasserstoff-Pipelines. Abb. 04 zeigt eine Infrastrukturkonzept aus Speichern (Salzkavernen)
Kompensation einer unvorhergesehenen „kalten betriebenen Brennstoffzellen berücksichtigt werden. Pipelineinfrastruktur für das „Szenario 95“, in der und Transport- und Verteilpipelines für Wasserstoff.
Dunkelflaute“ realisiert. Zur Überbrückung der kalten Deutschland hat geologisch durch die Salzkavernen
Dunkelflaute, also dem Stresstest für das Energie- Zur Versorgung der Mobilität, wird Wasserstoff im und durch die bereits bestehenden Gaspipelines
system, muss im „Szenario 95“ eine hohe Energie- betrachteten Szenario 95 neben der direkten Nutzung eine ausgezeichnete Ausgangslage für die erwei-
menge für diesen Zeitraum zurückgehalten werden. auch für die Herstellung von synthetischen Kraft- terte Nutzung von Wasserstoff.
Speicherkapazitäten in ausreichender Größe bieten stoffen verwendet. Wasserstoff kann direkt in Brenn- 70 Prozent des Güterver-
in Deutschland ausschließlich Gasspeicher in Form stoffzellen betriebenen Zügen, Pkw und Lkw zum kehrs werden in Zukunft Gerade zu Beginn des Transformationsprozesses ist
von Kavernen- und Porenspeichern. Einsatz kommen und hat einen Anteil von rund 36 mit Wasserstoff durch es zur Einsparung von Prozesskosten sinnvoll, den
Prozent im Pkw-Verkehr und rund 72 Prozent im Brennstoffzellen betrieben. Wasserstoff in Anwendungen zu bringen, in denen
Aufgrund seiner sehr guten Langzeit-Speichereigen- Güterverkehr bezogen auf den Treibstoffverbrauch. er direkt genutzt werden kann und früh konkurrenz-
schaften ist die Rückverstromung von Wasserstoff im Demgegenüber werden im Pkw-Verkehr 9 Prozent fähig ist. Erste Einsätze bieten sich in der direk-
26 27Energiesystem 2050 Energiesystem 2050
Fazit
• Die intensive Integration von nachhaltig generiertem Wasserstoff
in das Energiesystem ist der kostenoptimale Weg, um die deutschen
Klimaziele zu erreichen.
ten Einspeisung in das Erdgasnetz an oder im In Abb. 05 sind die Wirkungsgradverläufe von der • Die Infrastruktur zur Verteilung des grünen Wasserstoffs lässt sich
Transportsektor (Züge, Busse, Lkw). erneuerbaren Energiequelle bis hin zu den speicher- relativ einfach auf Basis des bestehenden Erdgasnetzes aufbauen.
fähigen Energieträgern Wasserstoff (H2), synthetisches
Der bedarfsgerechte Aufbau einer Wasserstoff- Erdgas (CH4) und E-Fuels aufgezeigt. Basierend auf • Das Umsatzpotential von Wasserstoff in Deutschland liegt ab dem
Infrastruktur für Züge (Diesel-Antrieb), Lkw und/oder den jeweiligen Treibstoffen ergeben sich die Well- Jahr 2050 bei zwölf Millionen Tonnen pro Jahr.
Busse bietet sich zu Beginn an, da diese eine plan- To-Wheel-Werte für die darauf folgenden Ver-
bare und hohe Wasserstoff-Nachfrage erzeugen. braucher. • Um eine Netto-Null Emissionswirtschaft bis 2050 zu erreichen,
Durch diese hohe Auslastung können die anfallenden müssen in Deutschland ca. 62 GW an Elektrolyseleistung installiert
Aufbau- und Betriebskosten auf eine hohe Wasser- Auch wenn der Well-To-Wheel-Wert bei batterie- werden.
stoff-Menge verteilt werden und ermöglichen früh- elektrischen Fahrzeugen (kurz: BEV für "Battery
zeitig den Übergang zu einem wirtschaftlichen Electric Vehicle") bei über 70% liegt, muss hierbei • Bis zu 55 Prozent des Bedarfs an erneuerbarem Wasserstoff wird
Betrieb. Bei der Einspeisung in das Erdgasnetz muss berücksichtigt werden, dass die Energiedichte des in Zukunft importiert werden.
auf angeschlossene Verbraucher Rücksicht genom- Treibstoffs bei Brennstoffzellen-PKW wesentlich
men werden. Hier bietet sich anstatt einer volumen- höher ist. Kürzere Tankzeiten und längere Reichweiten, • In einer emissionsfreien Energiewirtschaft ist Wasserstoff essenziell
basierten eine brennwertspezifische Abrechnung an. führen zu erhöhtem Komfort und Praktikabilität bei für die Systemsicherheit.
Unter Umständen müssen allerdings technische Langstreckenfahrten. Zudem liegen die gesamten
Verbrauchsanlagen dafür umgerüstet werden. Infrastrukturkosten ab ca. 10 Millionen Fahrzeugen86
• 70 Prozent des Güterverkehrs werden in Zukunft mit Wasserstoff
bei BEV höher als bei Brennstoffzellen-Pkw. durch Brennstoffzellen elektrisch betrieben.
Wenngleich das Thema „Wasserstoff“ nicht aus-
• Wasserstoff bietet eine hohe Well-to-Wheel-Effizienz im Vergleich
schließlich in der Mobilität betrachtet werden darf,
ist eine Analyse der resultierenden Wirkungsgrade
zu anderen erneuerbaren Kraftstoffen.
bei Fahrzeugen im Jahr 2050 dennoch angebracht.
28 29Wasser— stoff —Markt.
Wasserstoff-Markt Wasserstoff-Markt
Wasserstoff-Versorgung: Produktionsstandorte für Wasserstoff
Ein weltweiter Markt Island Norwegen
Abb. 06
Britische- Neufundland UK + Irland
Kolumbien + Quebéc
Innere Mongolei
Der vergleichsweise hohe spezifische Energieinhalt ist „Power-to-X“ die aktuell vielversprechendste
sowie die einfache Transport- und Lagerfähigkeit Option, Energieträger auf Basis von erneuerbaren
haben einen erheblichen Einfluss darauf, dass Erdöl Energien zu produzieren und weltweit zu handeln8.
bzw. auch Erdgas (in Form von LNG) weltweit ge- Chile
handelt werden und den globalen Primärenergie- Der Import eines Teils des benötigten Wasserstoffs ist
Patagonien Durschnittliche
bedarf zu 60 Prozent7 abdecken. Da jedoch die aus mehreren Gründen auch für Deutschland eine Windgeschwindigkeit
konventionellen Energieträger aufgrund ihrer Treib- wirtschaftliche und geopolitische Option: Einerseits in m/s
hausgasemissionen langfristig fast vollständig ver- werden durch Akzeptanzprobleme beim Ausbau der Zukünftige Produktionsstandorte für Wasserstoff aus Wind On-shore sowie
Windpotential auf Basis der mittleren Windgeschwindigkeit auf 50 m Höhe9 2,6 4 5 6 7 8 9 10,3
schwinden werden, ergibt sich folgende Frage: Wie erneuerbaren Energien in Deutschland die Ausbau-
könnte in einem zukünftigen Energiesystem ein welt- pfade von Windenergie und Photovoltaik hinter denen
weiter Austausch von Energie realisiert werden? Dabei zur Wasserstoff-Erzeugung zurückliegen. Andererseits
ermöglicht der Import von erneuerbar erzeugtem Abb. 07
USA
Wasserstoff langfristig einen weltweiten Wasserstoff- Marokko Libyen Ägypten
China
Markt und dadurch erhebliche Möglichkeiten zur Westsahara Oman
Mexiko Algerien
Kostenreduzierung. Diese Entwicklungen zu einem Saudi
Wind- oder auch sonnen- globalen Wasserstoff-Markt ermöglichen dabei
Arabien
reiche Regionen, wie Deutschland neben dem Import von Wasserstoff auch Peru
zum Beispiel der Oman den Export von Technologien und Knowhow, z. B. im Chile
Namibien
Australien
oder Patagonien, werden Bereich der Elektrolyseure oder des Anlagenbaus.
Südafrika
wichtige Produzenten Da die Produktionskosten von Wasserstoff maßgeb- Durchschnittliche
Globalstrahlung
von grünem Wasserstoff. lich durch die Stromgestehungskosten beeinflusst
in kWh/m²·d
werden, ist das Potential der erneuerbaren Energien Potentielle Produktionsstandorte für Wasserstoff aus PV
und die Verfügbarkeit von Wasser der zentrale sowie solare Einstrahlung auf Basis der Globalstrahlung10 2,4 3 5 6 6,5
32 33Wasserstoff-Markt Wasserstoff-Markt
Wasserstoff-Erzeugungskosten und -potential Abb. 08
Aspekt der Standortauswahl. Dementsprechend Volllaststunden der erneuerbaren Energien, welche
tauchen neben einigen Ländern, die heute schon die Stromkosten bestimmen und den daraus resul-
durch Öl- und Erdgasexporte am Energiehandel tierenden Kosten des Elektrolyseprozesses beeinflusst.
Exportpotential in Mt/a beteiligt sind, auch neue und windreiche Länder auf Mit räumlich und zeitlich hoch aufgelösten techno-
5,5
einer Liste von potenziellen Wasserstoff-Exporteu- ökonomischen Modellen wurde der gesamte Pfad
China 10 ren auf. Die weltweite Verteilung von Wasserstoff simuliert - von der regenerativen Stromerzeugung
exportierenden Ländern nimmt somit zu, was die über die Wasserstoff-Infrastruktur (Elektrolyseur,
Innere Mongolei 20
Versorgungssicherheit erhöht und einen Wettbewerb Pipeline, Verflüssigung und Speicherung) sowie den
H2 -Importkosten in Deutschland EUR/kg H2
5,0 bei den Herstellungs- und Exportkosten zur Folge Exporthafen des analysierten Landes bis hin zum
50 haben wird. Transport nach Deutschland. Abb. 08 zeigt die Er-
Australien
USA gebnisse dieser Berechnungen.
Abb. 06 zeigt die mittleren Windgeschwindigkeiten auf
100
einer Höhe von 50 Meter über Meeresspiegel. Stark Selbst bei einem Schiffstransport des Wasserstoffs
4,5
Chile
Algerien vereinfacht gesagt bedeuten dabei hohe durchschnitt- aus z. B. Patagonien bis nach Deutschland sind
Norwegen liche Windgeschwindigkeiten geringe Stromgeste- Wasserstoff-Kosten von 4,0 €/kg am Importhafen
Kanada 200
hungskosten der Windenergieanlagen und somit in Deutschland realisierbar (vgl. Abb. 08) Dabei zeigt
Patagonien Britische Inseln niedrige Wasserstoffgestehungskosten. Werden be- sich einerseits, dass unabhängig von der Erzeugungs-
4,0 stehende Eisbedeckung, Küstenzugang und Höhen- route (Wind On-shore, Off-shore oder PV) in den
Island
Oman lage sowie die maximalen Windgeschwindigkeiten ausgewählten 25 Ländern die Wasserstoff-Export-
500 berücksichtigt, ergeben sich so die in der Abbildung kosten am Hafen des jeweiligen Landes zwischen
Saudi-Arabien dargestellten acht Regionen als zukünftige Produktions- 3,3 €/kg und 4,6 €/kg realisiert werden können.
standorte für Wasserstoff aus Windenergie. Andererseits sind allein diese 25 Länder zusammen
3,5
bereits in der Lage rund 1,4 Milliarden Tonnen Was-
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Vorzugsregion für PV
Unter den gleichen Vorgaben ergeben sich die in serstoff pro Jahr zu erzeugen. Zur Erinnerung: die
H2 -Bereitstellungskosten im Exportland EUR/kg H2
Vorzugsregionen für Abb. 07 benannten 15 Regionen zur Wasserstoff- gesamte Wasserstoff-Nachfrage im „Szenario 95“
Onshore-Windenergie
Erzeugung basierend auf Strom aus Photovoltaik. für Deutschland beträgt rund zwölf Millionen Tonnen
Die hier in Summe analysierten 25 Länder zeichnen pro Jahr, wodurch das Potential der untersuchten
Wasserstoff-Erzeugungskosten und -potential am Exporthafen des jeweiligen Landes sich durch besonders niedrige Erzeugungskosten für Länder um das rund 115-fache über dem deutschen
sowie am Importhafen in Deutschland (Quelle der Grafik: FZ Jülich) Wasserstoff aus. Diese werden vor Allem durch die Bedarf liegt.
34 35Wasserstoff-Markt Wasserstoff-Markt
H2-Kostenanteile in €/kg Abb. 09
Besonders hervorzuheben sind Chile, Patagonien und haltig generiertem Wasserstoff wird Saudi-Arabien
der Oman aufgrund der dortigen niedrigen Wasser- somit weiterhin ein wichtiger Exporteur von Kraft-
1,67 stoff-Exportkosten am Hafen zwischen 3,3 €/kg stoffen bleiben. Aktuell wird beispielsweise an Was-
und 3,6 €/kg. Hinzu kommt Saudi-Arabien mit leicht serstoff-Tankstellen für Brennstoffzellen-Pkw in
höheren Kosten von 3,7 €/kg. In der Gesamtbe- Deutschland der Wasserstoff für einen gängigen
1,25 trachtung ist allerdings auch zu berücksichtigen, dass Preis von 9,5 €/kg verkauft. Bei diesem Preis lässt
Saudi-Arabien mit 517 Millionen Tonnen Wasserstoff sich ein Brennstoffzellen-Pkw mit vergleichbaren
pro Jahr ein enormes Erzeugungspotenzial hat. Bei Verbrauchskosten zu einem heutigen PKW mit Ver-
1 zukünftig hoher internationaler Nachfrage nach nach- brennungsmotor nutzen.
0,85
0,75
0,6
0,54
0,5
0,33 Fazit
0,25 • Wasserstoff wird mittelfristig der zentrale Energieträger
0,11 für den weltweiten Energiehandel.
0 • Wind- bzw. sonnenreiche Regionen, wie z. B. der Oman
oder Patagonien, werden wichtige Produzenten von
LH2 LH2
Elektrizität Elektrolyse Leitungen Verflüssigung Speicherung Transport grünem Wassersstoff und zukünftige Handelspartner.
• Der Import von Wasserstoff aus dem Ausland senkt
die Gesamtkosten und erhöht die Widerstandsfähigkeit
des deutschen Energiesystems.
Kostenbeiträge der Wasserstoff-Erzeugung, -Transport und Speicherung vom
Exporthafen in Patagonien bis zum Hafen in Deutschland; im Jahr 205011
36 37Emmisions— freiesEnergie —system.
Emissionsfreies Energiesystem Emissionsfreies Energiesystem
Ein emissionsfreies Energie- Vision einer Wertschöpfungskette
des Wasserstoff-Marktes
Abb. 10
system ist realisierbar
BZ- Energie-
Herstellung wirtschaft
Strom-
erzeugung
Ein vollständig emissionsfreies Energiesystem er- Endverbrauchssektoren deutlich zunimmt. Diese
fordert eine vielseitige Anpassung der aktuell vor- „Sektorkopplung“ spielt für das Erreichen der Klima-
handenen Infrastruktur - sowohl für die breitere ziele eine zentrale Rolle. Für den Einsatz von Wasser- Industrie
Direktnutzung von Strom als auch für die Nutzung stoff steht am Anfang die entsprechende Erzeugungs- H2 -
neuer Energieträger. Dazu gehört unter anderem struktur. Sie erfordert für einen Einsatz im industriellen Pipelines
der Aufbau einer Wertschöpfungskette für grünen Maßstab vor allem leistungsstarke Elektrolyseure mit
Wasserstoff, wie sie in Abb. 10 dargestellt ist. Erst hohem Wirkungsgrad und hoher Dynamik.
Betrieb
diese Kette, wie sie auch in Deutschland umfangreich H2 - H2 -
P2G- Speicherung Vertrieb
entstehen kann, macht eine flächendenkende Nut- Die Erzeugung von grünem Wasserstoff wird je nach Transport Verbrauch
Anlagen
zung von grünem Wasserstoff möglich und soll vorhandener Infrastruktur vor allem in der Nähe von
deshalb im Folgenden näher erklärt werden. Windkraftanlagen, Solarparks und großen Netzknoten-
punkten zur Einspeisung erneuerbarer Energien er- H2 -Lkws
H2 -
Erzeugung folgen. Der benötigte Strom für die Elektrolyseure Import
Insgesamt nimmt gegenüber der heutigen Energie- wird dann nicht im Übertragungsnetz transportiert, Mobilität
versorgung die Anzahl der Energieträger, aufgrund womit der Betreiber potenziell keine Netzentgelte H2 -
Tankstellen
des Wegfalls von Kernenergie, Erdgas, Kohle und Öl bezahlen muss. Diese Einsparung wirkt sich direkt auf
durch die Beschlüsse der Bundesregierung ab. Statt- die Kosten für Wasserstoff aus. Darüber hinaus kann
dessen basiert ein großer Teil des Energieverbrauchs bei hoher erneuerbarer Erzeugungsleistung die Ener-
Elektrolyse-
auf der regenerativen Erzeugung von Strom und den gie in Form von Wasserstoff gespeichert und so die Anlagenbau Gebäude
daraus erzeugbaren Produkten. Dies wiederum be- Belastung des Netzes reduziert werden. Im besten
deutet, dass die Kopplung von Energiesektor und Fall kann somit die Notwendigkeit begrenzt
40 41Emissionsfreies Energiesystem Emissionsfreies Energiesystem
werden, Trassen für den Stromtransport auszubauen. gewähren den Nutzern gegen ein Entgelt Zugang decken kleinere Speicher, z. B. Gas-Drucktanks, dukteigenschaften und eine hohe Transparenz bezüg-
Eine weitere Bezugsquelle ist der Import von Wasser- zum Netz. Für den internationalen Seetransport Flüssig- oder Kryospeicher, den lokalen und kurz- lich des Volumens bei Erzeugung und Verbrauch
stoff aus Ländern mit niedrigen Erzeugungskosten für kommen Transportschiffe zum Einsatz, welche den fristigen Bedarf. Für mobile Anwendungen ermög- notwendig. Dies ermöglicht eine marktgetriebene,
Strom aus erneuerbaren Quellen6. Wasserstoff in flüssiger Form oder chemisch ge- lichen spezielle Komposit-Tanks die Speicherung transparente Preisbildung.
bunden transportieren. Dies erfordert auch eine von Gas bei hohem Druck ohne Diffusionsverluste
Transport entsprechende Hafeninfrastruktur mit Verflüssi- für mobile Anwendungen, z. B. in Fahrzeugen12. Verbraucher
Die Verbindung zwischen Erzeugungsanlagen und gungsanlage und Verlademöglichkeit in den Ex- Sowohl für die Speicherung als auch für Transport Am Ende der Wertschöpfungskette für Wasserstoff
Verbrauchern wird durch unterschiedliche Transport- port- und Importländern. und Betankung werden eine Reihe zentraler Techno- stehen sämtliche Verbraucher, für die grüner Was-
strukturen hergestellt. Im Bereich der Tankstellen- logien benötigt: Verflüssigungsanlagen und Kom- serstoff einen geeigneten Energieträger darstellt.
belieferung kommen aktuell Lkw zum Einsatz. Deren Speicher pressoren erhöhen dabei die Energiedichte des Naheliegende Sektoren sind unter anderem die
Vorteil sind die relativ geringen Kosten im kleinska- Für eine technisch und wirtschaftlich optimale Nut- Wasserstoffs. Bereiche Mobilität und Wärmebereitstellung. Auch
ligen Bereich, die Möglichkeit einer schnellen Imple- zung sind verschiedene Möglichkeiten der Zwischen- die chemische Industrie erzeugt beispielsweise
mentierung sowie der sehr flexible Einsatz im Kurz- speicherung notwendig. Dabei können saisonale Vertrieb lokal häufig selbst Wasserstoff für den Eigenbedarf
und Mittelstreckenbereich. Die Kosteneffizienz kann oder auch tägliche Schwankungen in der Erzeugung Wasserstoff kommt nicht mehr nur als chemisches – aber nicht emissionsfrei. Je nach Art des Endver-
in Zukunft weiter verbessert werden, indem techni- von Wasserstoff durch große Speicher oder das Industriegas zum Einsatz, sondern erhält eine wesent- brauchers muss der Wasserstoff an der Abnahme-
sche Vorgaben an den aktuellen Stand der Technik Speichervolumen des Gasnetzes ausgeglichen liche Rolle als Energieträger. Ein effizienter und liqui- stelle aufbereitet werden. Dies spielt vor allem für
und sich ändernden Bedürfnissen angepasst werden. werden. Das liegt in der Möglichkeit zur variablen der Markt ist bisher kaum vorhanden. Der größte Teil die Mobilität eine wichtige Rolle, da hierfür der
Für eine landesweite Umsetzung ist auch der Bau Stromeinspeisung aus erneuerbaren Quellen. Eine des erzeugten Wasserstoffs wird nicht frei gehandelt. Wasserstoff mit einem Druck von bis zu 700 bar
eines Pipelinenetzes bzw. die erweiterte Nutzung von entsprechende Anwendung ist etwa die Erzeugung Voraussetzung für die Entstehung eines solchen bereitgestellt werden muss13.
Erdgasleitungen notwendig. von Wasserstoff mit Hilfe von überschüssigem Solar- Marktes ist der Anstieg der Nachfrage. Ein weiterer
strom im Sommer. Der Wasserstoff kann dann bis Impuls könnte durch den Handel von grünem Was-
Die Struktur ähnelt dann auch der des Erdgas- zur Heizperiode im Winter vorgehalten werden und serstoff als Produkt an der Börse entstehen, ähnlich
netzes. Dort tragen Transportnetzbetreiber die dann mittels Kraft-Wärme-Kopplung zur Erzeugung wie es heute bei Öl, Gas, Kohle und Strom üblich ist.
Verantwortung für den Betrieb und Wartung und von Raumwärme genutzt werden. An Tankstellen Dafür ist allerdings eine Standardisierung der Pro-
42 43Was denkt die deutsche Wirtschaft? Was denkt die deutsche Wirtschaft?
Die Transformation – Was denkt Ergebnisse
die deutsche Wirtschaft? Bewertung der Bedeutung von Wasserstoff Abb. 12
Aufbau der Interviews Abb. 11
4%
57 % 4%
1 2 3 35 %
1 – Gering
Die Bedeutung von Wasserstoff: Globale Entwicklungen im Bereich Herausforderungen für den
Für die Dekarbonisierung allgemein & Wasserstoff und Deutschland verstärkten Einsatz von Wasserstoff 2 – Weniger hoch
für die Zukunft der Unternehmen im internationalen Vergleich und Ansätze zur Förderung
von Wasserstoff-Technologien 3 – Neutral
4 – Hoch
Die intensive Nutzung von Wasserstoff in der deut- arbeit aller Akteure in Wissenschaft, Politik und
schen Industrie und im Energiesystem wird oftmals Wirtschaft abhängig. Im Rahmen dieser Studie sind 5 – Sehr hoch
mit einem grundlegenden Wandel gleichgesetzt. Interviews mit Vertretern von Unternehmen aus den
Obwohl tatsächlich einige Prozesse stark verändert relevanten Branchen der Wasserstoff-Wertschöp-
werden müssen, kann gerade zu Beginn der Trans- fungskette geführt worden. Ziel der Interviews war Allgemeine Bewertung der Wasserstoff- levanz von Wasserstoff-Technologien sogar eine
formation an vorhandene Strukturen und Erfahrun- es, Einschätzungen von Vertretern der Wirtschaft Technologie sehr hohe Bedeutung zu. So auch Dr. Tobias Pletzer,
gen angeknüpft werden. Die Transformation zu zum verstärkten Einsatz von Wasserstoff-Technolo- Wie Abb. 12 zeigt, bewertet eine überwiegende der die Schleswig-Holstein Netz AG in der Studie
einer emissionsfreien Wirtschaft ist dementspre- gien zu erhalten. Darüber hinaus sollten die Bedürf- Anzahl aller befragten Unternehmen die Bedeutung vertreten hat.
chend nicht gleichbedeutend mit einem fundamen- nisse erfasst werden, die sich für die Unternehmen der Wasserstoff-Technologien für die Dekarboni-
talen Wandel. Dennoch ist der Erfolg einer solchen aus der Transformation zu einem nachhaltigen sierung ihrer Branche als hoch bis sehr hoch. Über Im Branchenvergleich fällt auf, dass Vertreter der
Transformation stark von der engen Zusammen- Energiesystem ergeben. die Hälfte der Interviewteilnehmer spricht der Re- Gaswirtschaft die Bedeutung von Wasserstoff-
44 45Was denkt die deutsche Wirtschaft? Was denkt die deutsche Wirtschaft?
Chancen der Wasserstoff-Technologien Abb. 13
„Die Wasserstoff-Technologie ist eine der poten-
ziellen Schlüsseltechnologien in Hinblick auf die
Erfüllung der Ziele des Pariser Klimaabkommens.“
Dr. Tobias Pletzer, Schleswig-Holstein Netz AG
Import bzw. Transport von erneuerbaren Energien
Erschließung neuer Geschäftsbereiche oder Märkte
Technologien für die Dekarbonisierung ihres Sektors Welche Möglichkeiten ergeben sich durch
besonders hoch einschätzen. Von den befragten Wasserstoff-Technologien?
Unternehmen sind 23 Prozent der Gasbranche zu- Viele der befragten Unternehmensvertreter stehen
Sicherung des langfristigen Bestands der Branche
zuordnen. Dabei handelt es sich um Verteilnetzbe- dem verstärkten Einsatz von Wasserstoff-Techno-
treiber, Fernleitungsnetzbetreiber und Interessen- logien grundsätzlich positiv gegenüber. Im Rahmen
verbände. In der Gasbranche sehen 80 Prozent eine der Interviews wurde deutlich, dass der Nutzen für
Bildung neuer Partnerschaften
sehr hohe, 20 Prozent immerhin auch eine hohe die Konzerne weit über die Dekarbonisierung der
Bedeutung der Wasserstoff-Technologie. eigenen Aktivitäten hinaus gehen kann. Abb. 13
zeigt die Chancen, die von den befragten Unter-
Dekarbonisierung anderer Bereiche/Industrien
Auf der anderen Seite der Skala finden sich ledig- nehmen in Zusammenhang mit dem verstärkten
lich 8 Prozent der Unternehmensvertreter, die die Einsatz von Wasserstoff-Technologien am häufigs-
Bedeutung von Wasserstoff-Technologien für die ten gesehen werden.
Dekarbonisierung ihre Branche als weniger hoch
oder neutral einschätzen. Die Bewertungen stammen Der Import von erneuerbaren Energien in Form von 0 10 20 30 40 50 60 70
von Unternehmen, deren Kerngeschäft die Energie- grünem Wasserstoff ist im Rahmen der Interviews
erzeugung ist. Die befragten Stromkonzerne sehen von 68 Prozent der Unternehmen als Chance ge-
in grünem Wasserstoff jedoch einen Energieträger, nannt worden. Der Import wird dabei zunächst als
mit dessen Hilfe die Elektrizitätswirtschaft zur De- volkswirtschaftliche Chance für Deutschland ge-
karbonisierung anderer Sektoren beitragen kann. sehen. So betont Benjamin Jödecke von H2- Anzahl der Nennungen in [%]
46 47Was denkt die deutsche Wirtschaft? Was denkt die deutsche Wirtschaft?
Herausforderungen der verstärkten Nutzung Abb. 14
von Wasserstoff-Technologien „Für das Gelingen der Energiewende wird ein nach-
haltiger Energieträger benötigt, mit dem weiterhin
Energie importiert werden kann. Wir werden es
hohe Stromkosten für Elektrolyseure (Abgaben, Umlagen, Steuern)
nicht schaffen, unseren kompletten Energiebedarf
regulatorische Rahmenbedingungen (Genehmigungen, Unbundling, einheitlicher Rahmen etc.) über eigene Erzeugung aus erneuerbaren Energien
zu decken. In diesem Kontext wird Wasserstoff ein
fehlender Absatzmarkt für grünen Wasserstoff sehr wichtiger Energieträger werden.“
Benjamin Jödecke, H2-Mobility Deutschland
hohe Investitionskosten für Elektrolyseanlagen und Wasserstoffanwendungen
keine/wenig FCEV von deutschen Herstellern
Mobility Deutschland, dass der Import von erneu- Komponenten für Brennstoffzellenanwendungen
erbaren Energien absolut notwendig für eine und Stromkonzernen auch Konzerne, die voraus-
fehlende Akzeptanz in Gesellschaft nachhaltige Energieversorgung ist. sichtlich vorrangig als Verbraucher von Wasserstoff
agieren werden.
Darüber hinaus sehen hierbei 18 Prozent der Unter-
keine Prämie für Einsatz von grünem Wasserstoff nehmen im Import von grünem Wasserstoff jedoch Für 32 Prozent der Unternehmen geht es auch um
auch die Möglichkeit, das eigene Leistungsportfo- die Sicherung des langfristigen Bestands der eige-
lio zu erweitern. Die Erschließung neuer Geschäfts- nen Branche: Alle Vertreter aus dem bereits er-
bereiche oder Märkte durch Wasserstoff-Technolo- wähnten Bereich der Gaswirtschaft sehen in der
0 10 20 30 40 50 gien wird von der Hälfte der befragten Unternehmen Wasserstoff-Technologie die Chance, das eigene
als Chance betrachtet. Unter diesen finden sich Geschäft langfristig zu sichern. Die restlichen Nen-
Anzahl der Nennungen in [%] neben Herstellern von Elektrolyseanlagen sowie nungen stammen von Vertretern der Mineral-
48 49Was denkt die deutsche Wirtschaft? Was denkt die deutsche Wirtschaft?
„Für die Realisierung und den Betrieb von Elektro-
lyseuren sind die Investitionskosten nicht der
entscheidende Faktor. Vielmehr bestimmen die
Betriebskosten und hier maßgeblich der Strom-
preis – getrieben von der Entrichtung von
Auffällig ist, dass insbesondere die Hersteller von Fehlen eines einheitlichen rechtlichen Rahmens für
Umlagen und Abgaben, über den wirtschaftlichen Elektrolyseanlagen und die Anlagenbetreiber die erneuerbare Gase werden kritisiert. Im Gegensatz
Betrieb von Elektrolyseuren.“ hohen Strompreise als wesentliches Hindernis für die
Etablierung der Wasserstoff-Technologie ausmachen.
zu den hohen Stromkosten werden die regulatori-
schen Rahmenbedingungen von Unternehmen
Von den ca. 50 Prozent der Unternehmen, die die verschiedenster Marktrollen als Herausforderung
Ilona Dickschas, Siemens Gas and Power
hohen Stromkosten als wesentliche Herausforderung betrachtet. So stammen beispielsweise 40 Prozent
genannt haben, agieren 55 Prozent bereits als Be- der Nennungen von Unternehmensvertretern, die
treiber von Elektrolyseuren oder können sich ent- unterschiedlichen Marktrollen der Verbraucherseite
sprechende Aktivitäten in der Zukunft vorstellen. zuzuordnen sind.
ölwirtschaft. Darüber hinaus nennen jeweils 27 trolyseuren anfallen. Insbesondere die volle Ent- Weitere 28 Prozent der Unternehmen Stellen Elek-
Prozent der befragten Unternehmen die Bildung richtung von Umlagen, Steuern und Netzentgelten trolyseanlagen her. Insgesamt 32 Prozent der Unternehmen sehen einen
neuer Partnerschaften und die Unterstützung der führt laut der Unternehmen dazu, dass ein wirtschaft- fehlenden Absatzmarkt für grünen Wasserstoff als eine
Dekarbonisierung anderer Branchen als Chance der licher Betrieb von Elektrolyseuren kaum möglich ist. 45 Prozent sehen in regulatorischen Rahmenbedin- zentrale Herausforderung. In diesem Zusammenhang
verstärkten Nutzung von Wasserstoff-Technologie. Die Hälfte der befragten Unternehmen sieht hierin gungen, die über die Zusammensetzung des Strom- weisen ca. 9 Prozent der Unternehmen darauf hin, dass
ein wesentliches Hemmnis für den Einsatz von Was- preises hinaus gehen, eine zentrale Herausforderung. die grünen Eigenschaften von nachhaltig erzeugtem
Den Chancen, die sich durch die verstärkte Nutzung serstoff-Technologien. Ilona Dickschas, „Head of Genannt werden hier beispielsweise langwierige Wasserstoff am Markt derzeit nicht honoriert werden.
von Wasserstoff-Technologien ergeben können, steht Strategy and Business Development Hydrogen Genehmigungsverfahren für die Errichtung von Fast 10 Prozent der Unternehmen nennen sowohl den
aber auch eine Vielzahl von Herausforderungen Solutions“ bei der Siemens Gas and Power, erläutert Elektrolyseanlagen oder den Bau von Wasserstoff- fehlenden Absatzmarkt als auch die nicht vorhandene
gegenüber. Abb. 14 zeigt die Knackpunkte aus Sicht mit Blick auf das aktuelle Stimmungsbild bei poten- Tankstellen. Aber auch Einschränkungen für den Prämie für grünen Wasserstoff als Hemmnis.
der Unternehmen: Am häufigsten genannt werden ziellen Käufern von Elektrolyseanlagen die Kosten- Betrieb von Elektrolyseuren durch die Entflechtung
die hohen Stromkosten, die beim Betrieb von Elek- zusammensetzung. der Energieversorgung („Unbundling“) oder das Jeweils 23 Prozent der befragten Unternehmens-
50 51Sie können auch lesen
