Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom

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Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren
Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Basiert auf diesem Papier:
Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021).
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation
Nature Climate Change

Webinar | Grünes Gas
Österreichische Energieagentur

16. Juni 2021 | 13.00 bis 14.30 Uhr

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Klimaschutz 2.0: schneller und durchdringender.
                                                                    EU-27

                                                                                                          Elektrifizierung

                                                                                                     Buildings   Transport   Industry

                               Neuer
Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner,     Konsens:
                                      A., Everall,         EE-Strom
                                                   J., Sacchi, R., Luderer, und   Elektrifizierung
                                                                            G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Österreich: 75% EE-Strom. Net-zero in 2040.
         Änderung der
         Berechnung von
         Landnutzungs-                                           Österreich
         emissionen
         (EEA data)

                              Neuer
Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Konsens:        EE-Strom
                                          Everall, J., Sacchi, R., Luderer,und   Elektrifizierung.
                                                                           G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
DIREKTE UND INDIREKTE ELEKTRIFIZIERUNG
          Energieflüsse                                                                                                        Kohlenstoffflüsse
    Stromsektor
                                                                                                                                Atmosphärisches CO2                           Kann via Biomasse oder
                                       Große und günstige Potentiale                                                                                                           Luftabscheidung (DAC)
                                         von Solar- und Windstrom                                                                                                                  gewonnen werden
                                                            Erneuerbarer
                                                                  Strom
        Direkte
        Elektrifizierung        Langfrist-                     “grüner” Wasserstoff                   Indirekte                                                       Carbon Capture
        direkte Nutzung          Speicher                         via Elektrolyse                     Elektrifizierung                                               and Cycling (CCC)
        von Strom                                    H2                                        H2     indirekte Nutzung von                                         kann klimaneutral sein
                                                                                                      Strom via Wasserstoff
        Stärkung                                           Wasserstoff Speicher- und                  und E-fuels
    Netzinfrastruktur                                       Transportinfrastruktur                                                 Verbrennungs-
                                                   Direkte Nutzung                                                                  technologien
                                                   von Wasserstoff                                                   E-fuels                           Atmosphärisches CO2
      Endnutzungs-                                 Endnutzungs-                                     synthesized from electricity-based hydrogen          Carbon Capture and Usage (CCU)
     Transformation                               Transformation                                          (or from H20 via co-electrolysis)            Fossiles CO2
    (z.B. Elektroauto)                         (z.B. Brennstoffzelle)                                                                                       Fossil CO2
                                                                                                    E-Methan         e-liquids (via Methanol
                                                                                                                      oder Fischer-Tropsch)                               Fossiles CCU
                                                                Weiternutzung fossiler Infrastrukturen und                                          Doppelnutzung von fossilem CO2 kann
                                                                       Verbrennungstechnologien                                                    Emissionen halbieren (inkompatibel mit
                                                                                                                                                                         Klimaneutralität)

    Energie und stoffliche Nutzung            Primärstahl,                 Flugverkehr,
                                              Chemie (Ammoniak),           Chemie (Olefine),                                       Fossiler Kohlenstoff
                                              Schifffahrt                  Schifffahrt
                                                                                                                                                     Der Kohlenstoffgehalt in fossilen Ressourcen von
      Gebäude      Transport   Industrie                                                                                                                 ~15000 GtCO2eq übersteigt den begrenzten
                                                                                                                                                  Speicherplatz der Atmosphäre um den Faktor 15-50.
     Debatte WIEVIEL und WO Elektrifizierung, Wasserstoff und E-Fuels genutzt werden sollte
                                                                                                                                                                                                  |4
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
GEFAHR: AUSSPIELEN DER OPTIONEN GEGENEINANDER.
         Energieflüsse                                                                                                         Kohlenstoffflüsse
    Stromsektor
                                                                                                                                Atmosphärisches CO2                           Kann via Biomasse oder
                                       Große und günstige Potentiale                                                                                                           Luftabscheidung (DAC)
                                         von Solar- und Windstrom                                                                                                                  gewonnen werden
                                                            Erneuerbarer
                                                                  Strom
        Direkte
        Elektrifizierung        Langfrist-                     “grüner” Wasserstoff                   Indirekte                                                       Carbon Capture
        direkte Nutzung          Speicher                         via Elektrolyse                     Elektrifizierung                                               and Cycling (CCC)
        von Strom                                    H2                                        H2     indirekte Nutzung von                                         kann klimaneutral sein
                                                                                                      Strom via Wasserstoff
        Stärkung                                           Wasserstoff Speicher- und                  und E-fuels
    Netzinfrastruktur                                       Transportinfrastruktur                                                 Verbrennungs-
                                                   Direkte Nutzung                                                                  technologien
                                                   von Wasserstoff                                                   E-fuels                           Atmosphärisches CO2
      Endnutzungs-                                 Endnutzungs-                                     synthesized from electricity-based hydrogen          Carbon Capture and Usage (CCU)
     Transformation                               Transformation                                          (or from H20 via co-electrolysis)            Fossiles CO2
    (z.B. Elektroauto)                         (z.B. Brennstoffzelle)                                                                                       Fossil CO2
                                                                                                    E-Methan         e-liquids (via Methanol
                                                                                                                      oder Fischer-Tropsch)                               Fossiles CCU
                                                                Weiternutzung fossiler Infrastrukturen und                                          Doppelnutzung von fossilem CO2 kann
                                                                       Verbrennungstechnologien                                                    Emissionen halbieren (inkompatibel mit
                                                                                                                                                                         Klimaneutralität)

    Energie und stoffliche Nutzung            Primärstahl,                 Flugverkehr,
                                              Chemie (Ammoniak),           Chemie (Olefine),                                       Fossiler Kohlenstoff
                                              Schifffahrt                  Schifffahrt
                                                                                                                                                     Der Kohlenstoffgehalt in fossilen Ressourcen von
      Gebäude      Transport   Industrie                                                                                                                 ~15000 GtCO2eq übersteigt den begrenzten
                                                                                                                                                  Speicherplatz der Atmosphäre um den Faktor 15-50.
     Debatte WIEVIEL und WO Elektrifizierung, Wasserstoff und E-Fuels genutzt werden sollte
                                                                                                                                                                                                  |5
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
GEFAHR: AUSSPIELEN DER OPTIONEN GEGENEINANDER.
         Energieflüsse                                                                                                       Kohlenstoffflüsse
    Stromsektor
                                                                                                                              Atmosphärisches CO2                           Kann via Biomasse oder
                                                                                                                                                                             Luftabscheidung (DAC)
           In Österreich, und Europa                        Importiert aus Europa und fernen Ausland                                                                             gewonnen werden
                                                          Erneuerbarer
                                                                Strom
        Direkte
        Elektrifizierung        Langfrist-                   “grüner” Wasserstoff                   Indirekte                                                       Carbon Capture
        direkte Nutzung          Speicher                       via Elektrolyse                     Elektrifizierung                                               and Cycling (CCC)
        von Strom                                  H2                                        H2     indirekte Nutzung von                                         kann klimaneutral sein
                                                                                                    Strom via Wasserstoff
        Stärkung                                         Wasserstoff Speicher- und                  und E-fuels
    Netzinfrastruktur                                     Transportinfrastruktur                                                 Verbrennungs-
                                                 Direkte Nutzung                                                                  technologien
                                                 von Wasserstoff                                                   E-fuels                           Atmosphärisches CO2
      Endnutzungs-                               Endnutzungs-                                     synthesized from electricity-based hydrogen          Carbon Capture and Usage (CCU)
     Transformation                             Transformation                                          (or from H20 via co-electrolysis)            Fossiles CO2
    (z.B. Elektroauto)                       (z.B. Brennstoffzelle)                                                                                       Fossil CO2
                                                                                                  E-Methan         e-liquids (via Methanol
                                                                                                                    oder Fischer-Tropsch)                               Fossiles CCU
                                                              Weiternutzung fossiler Infrastrukturen und                                          Doppelnutzung von fossilem CO2 kann
                                                                     Verbrennungstechnologien                                                    Emissionen halbieren (inkompatibel mit
                                                                                                                                                                       Klimaneutralität)

    Energie und stoffliche Nutzung           Primärstahl,                Flugverkehr,
                                             Chemie (Ammoniak),          Chemie (Olefine),                                       Fossiler Kohlenstoff
                                             Schifffahrt                 Schifffahrt
                                                                                                                                                   Der Kohlenstoffgehalt in fossilen Ressourcen von
      Gebäude      Transport   Industrie                                                                                                               ~15000 GtCO2eq übersteigt den begrenzten
                                                                                                                                                Speicherplatz der Atmosphäre um den Faktor 15-50.
     Debatte WIEVIEL und WO Elektrifizierung, Wasserstoff und E-Fuels genutzt werden sollte
                                                                                                                                                                                                |6
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
GRÄBEN ÜBERWINDEN. FOKUS AUF EINE REIHE VON NO-REGRET OPTIONEN.
         Energieflüsse                                                                                                       Kohlenstoffflüsse
    Stromsektor
                                                                                                                              Atmosphärisches CO2                           Kann via Biomasse oder
                                                                                                                                                                             Luftabscheidung (DAC)
         In Deutschland, und Europa            und          Importiert aus Europa und fernen Ausland                                                                             gewonnen werden
                                                          Erneuerbarer
                                                                Strom
        Direkte
        Elektrifizierung        Langfrist-                   “grüner” Wasserstoff                   Indirekte                                                       Carbon Capture
        direkte Nutzung          Speicher                       via Elektrolyse                     Elektrifizierung                                               and Cycling (CCC)
        von Strom                                  H2                                        H2     indirekte Nutzung von                                         kann klimaneutral sein
                                                                                                    Strom via Wasserstoff
        Stärkung                                         Wasserstoff Speicher- und                  und E-fuels
                                 und
    Netzinfrastruktur                                     Transportinfrastruktur                                                 Verbrennungs-
                                                 Direkte Nutzung                                                                  technologien
                                                 von Wasserstoff                                                   E-fuels                           Atmosphärisches CO2
      Endnutzungs-                               Endnutzungs-                                     synthesized from electricity-based hydrogen          Carbon Capture and Usage (CCU)
     Transformation              und            Transformation                                          (or from H20 via co-electrolysis)            Fossiles CO2
    (z.B. Elektroauto)                       (z.B. Brennstoffzelle)                                                                                       Fossil CO2
                                                                                                  E-Methan         e-liquids (via Methanol
                                                                                                                    oder Fischer-Tropsch)                               Fossiles CCU
                                                              Weiternutzung fossiler Infrastrukturen und                                          Doppelnutzung von fossilem CO2 kann
                                                                     Verbrennungstechnologien                                                    Emissionen halbieren (inkompatibel mit
                                                                                                                                                                       Klimaneutralität)

    Energie und stoffliche Nutzung           Primärstahl,                Flugverkehr,
                                             Chemie (Ammoniak),          Chemie (Olefine),                                       Fossiler Kohlenstoff
                                             Schifffahrt                 Schifffahrt
                                                                                                                                                   Der Kohlenstoffgehalt in fossilen Ressourcen von
      Gebäude      Transport   Industrie                                                                                                               ~15000 GtCO2eq übersteigt den begrenzten
                                                                                                                                                Speicherplatz der Atmosphäre um den Faktor 15-50.
     Debatte WIEVIEL und WO Elektrifizierung, Wasserstoff und E-Fuels genutzt werden sollte
                                                                                                                                                                                                |7
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Knackpunkte der Bewertung

                      indirekte Elektrifizierung (Wasserstoff/E-Fuels)

                         (erneuerbarer)                 Elektrolyse                                 CO2                      H2/e-fuel
                         Strom
                                                  x     (Wasserstoffmengen)
                                                                                             x      Ersparnis
                                                                                                                         x   Kosten
                                                                                                    (spezifisch,             (spezifisch pro CO2-Vermeidung,
                                                                                                    im Vgl. zu fossil)       im Vgl. zu fossil)

                                                            Klimaschutzbeitrag

                                                                                        Klimaschutzkosten
                      direkte Elektrifizierung

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Wieviel Elektrolyse-Ausbau ist für das EU-Ziel 40GW in 2030 nötig?
                                                                                                             ~1% der EU
                                                                                                             Endenergienachfrage

                                                          Elektrolyse-Kapazität müsste
                                                                                                              Ziel: 40GW
                                                          schneller wachsen als
                                                                                                        electrolysis in EU
                                                          Wachstumschampion Solar PV, um
                                                          das EU 40-GW-Ziel in 2030 zu
                                                          erreichen.

                                                                                                         Notwendiges                               Durchbruch zu wirklich großen
                                                                                                         Wachstum                                  Mengen >2030 ist
                                                                                                         Elektrolyse                               wahrscheinlich; nur wann genau
                                                                                                                                                   ist sehr unsicher

                                                                                          Historisch: Solar PV
                                                                                          Wachstum in EU
                                                                                          (Dekaden 1996-2010)

                                                                  Historisches
                                                                                                                                   2030 H2-Mengen sind
                                                                  Wachstum                Ziel: 6 GW                               wahrscheinlich klein
                                                                  Elektrolyse in EU      Elektrolyse
                                                                                                in EU

                                                                                                                                         Odenweller, Ueckerdt et al. (in preparation)
                                                                                                                                         (based on IEA hydrogen database and additions by Adelphi)
                          Wie kann beispielloses Wachstum erreicht werden?
               Zentrale
Ueckerdt, F., Bauer,         Herausforderung:
                     C., Dirnaichner,                       geringe
                                      A., Everall, J., Sacchi,           Wettbewerbsfähigkeit
                                                               R., Luderer, G. (2021)         (Später)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Wasserstoff und strombasierte Kraftstoffe und deren Konkurrenz mit der direkten Nutzung von Strom
Knackpunkte der Bewertung

                      indirekte Elektrifizierung (Wasserstoff/E-Fuels)

                         (erneuerbarer)                 Elektrolyse                                 CO2                      H2/e-fuel
                         Strom
                                                  x     (Wasserstoffmengen)
                                                                                             x      Ersparnis
                                                                                                                         x   Kosten
                                                                                                    (spezifisch,             (spezifisch pro CO2-Vermeidung,
                                                                                                    im Vgl. zu fossil)       im Vgl. zu fossil)

                                                            Klimaschutzbeitrag

                                                                                        Klimaschutzkosten
                      direkte Elektrifizierung

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Beispiel Transportsektor: E-Fuels benötigen ~100% EE-Strom, und atmosphärisches CO2.
Batterieelektrische Autos und LKWs können schon heute Emissionen einsparen
                  Life-cycle GHG emission intensities for transport applications (2030 technology)
                  PKW (lower-medium size passenger car)                                             LKW (semi-trailer trucks, 40t weight, 10t load)

kgCO2eq/                                                                              kgCO2eq/
vkm                                                                                   ton-km

                      Electricity mixes                                                                     Electricity mixes
                      2018                                                                                  2018
                      World             Germany   Austria        Iceland                                    World             Germany       Austria          Iceland

                                                                                                      The life-cycle analysis for passenger cars and trucks can be reproduced with the open-source tools
                                                                                                      carculator and carculator_Truck (https://carculator.psi.ch). The modified version of ecoinvent used in
Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)                 this analysis is generated from ecoinvent 3.7.1 (https://github.com/romainsacchi/premise). The
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change     modified version is available from the authors on reasonable request.
E-Fuels benötigen zwei- bis vierzehnmal mehr Strom als die direkte Elektrifizierung

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Knackpunkte der Bewertung

                      indirekte Elektrifizierung (Wasserstoff/E-Fuels)

                         (erneuerbarer)                 Elektrolyse                                 CO2                      H2/e-fuel
                         Strom
                                                  x     (Wasserstoffmengen)
                                                                                             x      Ersparnis
                                                                                                                         x   Kosten
                                                                                                    (spezifisch,             (spezifisch pro CO2-Vermeidung,
                                                                                                    im Vgl. zu fossil)       im Vgl. zu fossil)

                                                            Klimaschutzbeitrag

                                                                                        Klimaschutzkosten
                      direkte Elektrifizierung

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
E-fuels sind in den nächsten 1-2 Dekaden kaum wettbewerbsfähig
(trotz massiver Innovationspotentiale und steigender CO2-Preise)
                Hohe heutige Kosten, hohe CO2-Preise erforderlich.
                Zukünftige Innovation bei massiver Skalierung möglich.
                                                E-Fuel-Produktion basierend                         E-Fuel-Produktion basierend
                                                auf 100 % erneuerbarem                              auf 100 % erneuerbarem
                                                Strom (Wind, Solar PV).                             Strom (Wind, Solar PV).
                                                CO2-Preisberechnung auf                             CO2-Preisberechnung auf
                                                Basis der Lebenszyklus-THG-                         Basis der Lebenszyklus-THG-
                                                Emissionen.                                         Emissionen.

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
E-fuels sind in den nächsten 1-2 Dekaden kaum wettbewerbsfähig
(trotz massiver Innovationspotentiale und steigender CO2-Preise)
                Hohe heutige Kosten, hohe CO2-Preise erforderlich.                                      Wettbewerbsfähigkeit von E-Fuels erst ~2040.
                Zukünftige Innovation bei massiver Skalierung möglich.                                  Massive Investitionen bis dahin erforderlich.
                                                E-Fuel-Produktion basierend
                                                auf 100 % erneuerbarem
                                                Strom (Wind, Solar PV).
                                                CO2-Preisberechnung auf
                                                Basis der Lebenszyklus-THG-
                                                Emissionen.
                                                                                                                            E-Fuels aus 100 % erneuerbarem Strom.
                                                                                                                            CO2-Preise verwenden Lebenszyklus-THG-
                                                                                                                            Emissionen.

                                                                                                                                                           CO2 price
                                                                                                                                                      trajectories of
                                                                                                                                                         global well-
                                                                                                                                                           below 2°C
                                                                                                                                                            scenarios

                                                                                    Wer bezahlt die
                                                                                         Lernkurve?
                                                                                        Massive und
                                                                                      kontinuierliche
                                                                              öffentliche Förderung
                                                                                  nötig (e.g. CCfDs)

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
E-fuels sind in den nächsten 1-2 Dekaden kaum wettbewerbsfähig
(trotz massiver Innovationspotentiale und steigender CO2-Preise)
                Hohe heutige Kosten, hohe CO2-Preise erforderlich.                                      Wettbewerbsfähigkeit von E-Fuels erst ~2040.
                Zukünftige Innovation bei massiver Skalierung möglich.                                  Massive Investitionen bis dahin erforderlich.
                                                E-Fuel-Produktion basierend
                                                auf 100 % erneuerbarem
                                                Strom (Wind, Solar PV).
                                                CO2-Preisberechnung auf
                                                Basis der Lebenszyklus-THG-
                                                Emissionen.

                                                                                                                            E-Fuels aus 100 % erneuerbarem Strom.
                                                                                                                            CO2-Preise verwenden Lebenszyklus-THG-
                                                                                                                            Emissionen.

                                                                                                                                                           CO2 price
                                                                                                                                                      trajectories of
                                                                                                                                                         global well-
                                                                                                                                                           below 2°C
                                                                                                                                                            scenarios

                                                                                    Wer bezahlt die
                                                                                         Lernkurve?
                                                                                        Massive und
                                                                                      kontinuierliche
                                                                              öffentliche Förderung
                                                                                  nötig (e.g. CCfDs)

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Klimaschutzkosten: Verhältnis von direkter zu indirekter Elektrifizierung in drei Kategorien
                  1) Direkte                                          2) Direkte       3) Nicht zu
                  Elektrifizierung deutlich                           Elektrifizierung elektrifizierende
                  günstiger als E-Fuels                               und E-Fuels      Sektoren
                                                                      ähnliche Kosten
                  light duty vehicles, Low/mid temperature industrial high temp. heat (>400°C), Aviation, shipping, chemical
                  heat (
Klimaschutzkosten: Verhältnis von direkter zu indirekter Elektrifizierung in drei Kategorien
                  1) Direkte                                          2) Direkte       3) Nicht zu                                                    Schlussfolgerungen
                  Elektrifizierung deutlich                           Elektrifizierung elektrifizierende
                  günstiger als E-Fuels                               und E-Fuels      Sektoren                                                       1. H2-Mengen. Heute massiven Ausbau
                                                                      ähnliche Kosten                                                                    von Elektrolyse fördern. Erst >2030/35
                  light duty vehicles, Low/mid temperature industrial high temp. heat (>400°C), Aviation, shipping, chemical                             große Mengen erwarten. Große
                  heat (
Knackpunkte der Bewertung

                      indirekte Elektrifizierung (Wasserstoff/E-Fuels)

                         (erneuerbarer)                 Elektrolyse                                 CO2                      H2/e-fuel
                         Strom
                                                  x     (Wasserstoffmengen)
                                                                                             x      Ersparnis
                                                                                                                         x   Kosten
                                                                                                    (spezifisch,             (spezifisch pro CO2-Vermeidung,
                                                                                                    im Vgl. zu fossil)       im Vgl. zu fossil)

                                                            Klimaschutzbeitrag

                                                                                        Klimaschutzkosten
                      direkte Elektrifizierung

                         (erneuerbarer)                Transformation hin zu           CO2                                   Kosten (Verteilnetze?)
                         Strom
                                                  x    elektrifizierenden
                                                                                  x    Ersparnis
                                                                                                                         x   (spezifisch pro CO2-Vermeidung,
                                                                                       (spezifisch,                          im Vgl. zu fossil)
                         EE-Potentiale?                Technologien
                                                       Diffusionsrate? (Verteil)netze? im Vgl. zu fossil)
Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Backup slides

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Spezifische
                             Emissionen
                              gCO2/kWh_th                                              Graustrom-
                                                                                       Wasserstoff
                                                                                          2019
                                                                                     (“bunter H2”?)

                                                                         Graustrom
                                                               Grauer    (Strommix
                                                             Wasserstoff Dts. 2019)                    Blauer Wasserstoff
                                                              (Erdgas                                    (Erdgas, CCS)
                                                               SMR)
                                                  Erdgas                                             Ineffiziente Effiziente
                                                   direkt                                               CO2-        CO2-
                                                  nutzen                                            Abscheidung Abscheidung
                                                                                                       (SMR)       (ATR)
                                                                                                                                 Grüner    EE-Strom
                                                                                                                               Wasserstoff   direkt
                                                                                                                               (100% EE) nutzen wo
                                                                                                                                            möglich

                                                                           Eigene Abbildung, basierend auf eigenen Rechnungen und Antonini et al. (2020)

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
„HYDROGEN BRIDGES“ INCREASE HYDROGEN VOLUMES SUCH THAT THE END-USE
TRANSFORMATION CAN START EARLIER, WHILE THERE ARE SOME RISKS
Low/mid-term scarce              1. Renewable                    2. electrolysis                   3. atmospheric CO2
elements of                      electricity                      green H2                        (DAC, biomass)  green e-fuels
green H2/e-fuels:

Six                              1. Blending in                  2-4.blue/turquoise/grey H2         6. Fossil CO2 (CCU)
„H2 bridges“:                    grey electricity                          5.natural gas (steel)
                                 (Increasing FLH)

Prerequisites
1. Scalable until ~2030
                                                                  ?                                
                                                                                
                                                                                                          DAC might not be located in the EU. Liquid
2. No new lockins

3. „Acceptable“
                                                                   ?
                                                         Synergy cement CCS,
                                                                                                     ?    e-fuels or methanol can be easily traded. 
                                                                                                          what happens to fossil CO2 infrastructure
                                                                                                          and sources >2045
                                                         and geology. CDR?
                                                                                                          (also connects to the fundamental issue of
   CO2 increase                                                                                           changing global value chains)

                                                                                 
   (compared to reduction
   targets. Scope for bridges
   will depend on performance
   of other mitigation options
                                     ?
                                 this depends on the
                                                                   ?
                                                         this depends on the
                                                                                                     ?
    scenario analysis)          renewable expansion     capture rate that can
                                 in Germany, and FLH     be realized (ATR)

                                                       Partner                                                                         Titel | 25
                                                       project
Life-cycle GHG emission intensities for transport applications (2030 technology)
       as a function of carbon intensity of electricity
       Light-duty vehicles (lower-medium size passenger car)     Heavy-duty freight (semi-trailer trucks, 40t weight, 10t load)   Long-distance aviation (long-nose body aircraft)

           Electricity mixes                                            Electricity mixes                                             Electricity mixes
           2018                                                         2018                                                          2018
           World             Germany   Austria   Iceland                World             Germany   Austria     Iceland               World             Germany   Austria       Iceland

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
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Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Extended data figure 1
                                                                                                           (Main Figure 4
                                                                                                        now for zero-GHG
                                                                                                        efuel assumption)

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Extended data figure 2

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Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Life-cycle GHG emission intensities for light-duty vehicles (lower-medium size passenger car)
                  Sensitivity analysis for different sources of heat supply       Sensitivity analysis for different attribution schemes
                  for DAC as a CO2 source for e-fuels                             of GHG emissions in fossil CCU pathway

                      Electricity mixes                                               Electricity mixes
                      2018                                                            2018
                      World             Germany      Austria    Iceland               World             Germany   Austria      Iceland

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Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
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Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Extended Data Figure 6 | Breakdown of overall life-
                                                                                                    cycle GHG emissions of 2030 and 2050 medium-sized
                                                                                                    passenger vehicles for carbon intensities of electricity
                                                                                                    for several regions, quantified using the LCA model
                                                                                                    presented in Sacchi et al. 202050. Numbers in each
                                                                                                    panel title are the GHG intensity of average electricity
                                                                                                    supply mixes (for 2017-18)52. In the legend, “EoL”: End-
                                                                                                    of-life (of vehicles); “energy chain” represents net
                                                                                                    emissions associated with fuel supply. CO2 for e-fuels is
                                                                                                    supplied via DAC or fossil CCU.

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Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
Extended Data Figure 7 | Breakdown of overall life-cycle
                                                                                                    GHG emissions of 2030 and 2050 heavy-duty trucks for
                                                                                                    carbon intensities of electricity for several regions,
                                                                                                    quantified using the LCA model presented in Sacchi et al.
                                                                                                    202050. Numbers in each panel title are the GHG intensity
                                                                                                    of average electricity supply mixes (for 2017-18)52. In the
                                                                                                    legend, “EoL”: End-of-life (of vehicles); “energy chain”
                                                                                                    represents net emissions associated with fuel supply. CO2
                                                                                                    for e-fuels is supplied via DAC or fossil CCU.

Ueckerdt, F., Bauer, C., Dirnaichner, A., Everall, J., Sacchi, R., Luderer, G. (2021)
Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
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Potential and risks of hydrogen-based e-fuels in climate change mitigation. Nature Climate Change
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