Shell veröffentlicht Wasserstoff-Studie – wachsende Bedeutung im Energiemix

Shell Logo113 Mio. Brennstoffzellen-Pkw könnten 2050 bis zu 68 Millionen Tonnen Kraftstoff und fast 200 Mio. t CO2-Emissionen einsparen. Dadurch könnten sie einen wichtigen Beitrag zur Energieeinsparung und Treibhausgasminderung im Verkehrssektor leisten. Zu dieser Einschätzung kommt die Shell-Wasserstoff-Studie „Energie der Zukunft? Nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H2„, die Shell gemeinsam mit dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie erstellt und am 09.03.2017 vorgestellt hat. Dabei lag der Schwerpunkt auf dem Mobilitätssektor.

Jörg Adolf, Chefvolkswirt bei Shell Deutschland und Projektleiter der Studie (Foto unten, Mitte), sagt: „Unser Unternehmen ist schon seit Jahrzehnten in der Wasserstoff-Forschung, -Entwicklung und -Anwendung aktiv und betreibt ein eigenes Geschäftsfeld Shell Hydrogen. Daher können wir mit Gewissheit sagen, dass die Technologien zur Herstellung und Anwendung von Wasserstoff in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht haben, und zwar nicht nur im Pkw-Bereich.

Pressekonferenz zur Vorstellung der Shell Wasserstoffstudie mit Dr. Karin Arnold und Prof. Manfred Fischedick vom Wuppertal Institut, Chef-Volkswirt Jörg Adolf und Shell Hydrogen General Manager Oliver Bishop sowie Rosario Berretta, Daimler (v. r.) – Foto © Shell Deutschland

Schlüsseltechnologie für die energetische Nutzung von Wasserstoff ist die Brennstoffzelle; diese arbeitet deutlich effizienter als herkömmliche Verbrennungsmotoren. Im Gebäudesektor werden Brennstoffzellensysteme heute schon in großem Maßstab eingesetzt. In Japan laufen bereits mehr als 200.000 Mikro-KWK-Brennstoffzellensysteme, die sowohl Strom als auch Wärme für Haushalte liefern.

Im Transportsektor ist die Brennstoffzelle über den Pkw hinaus prinzipiell für alle Verkehrsmittel geeignet, so die Shell-Studie. Dabei werden Flurförderzeuge (z.B. Gabelstapler) derzeit am meisten von Brennstoffzellen angetrieben. Allein in Nordamerika fahren inzwischen über 11.000 davon. Busse sind – aufgrund vieler öffentlicher Förderprojekte – die am intensivsten mit Wasserstoff und Brennstoffzellen in Fahrzeugflotten erprobten Verkehrsmittel. Großen Entwicklungsbedarf gibt es dagegen noch bei Bahn, Schiff und Flugzeug.

Wasserstoff, das kleinste und leichteste Atom, hat einen hohen spezifischen Energiegehalt und besitzt pro Kilogramm die mit Abstand höchste Energiedichte aller Energieträger. Da Wasserstoff auf der Erde in der Regel nur in gebundener Form vorkommt, muss er gezielt hergestellt werden. Der für die Produktion von Wasserstoff wichtigste Primärenergieträger ist das Erdgas mit einem Anteil von rund 70%. Das wichtigste Herstellungsverfahren ist die Dampfreformierung.

„Für die Zukunft gehen wir davon aus, dass per Elektrolyse hergestellter Wasserstoff aus Strom aus Erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle einnehmen wird“, sagt Prof. Manfred Fischedick vom Wuppertal Institut. Dies müsse auch so sein, um die potenziellen Umweltvorteile des Wasserstoffs nutzen zu können. Neben der deutlich höheren Effizienz gegenüber Pkw mit Verbrennungsmotor haben wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Fahrzeuge zudem den Vorteil, über den klimaverträglichen Herstellungspfad auch in deutlichem Umfang zur Minderung der Treibhausgasemissionen beitragen zu können.

Folgt: IEA erwartet 113 Mio. Brennstoffzellen

IEA erwartet 113 Mio. Brennstoffzellen

In einem ambitionierten Klimaschutzszenario erwartet die Internationale Energieagentur zur Mitte des Jahrhunderts einen Bestand von 113 Mio. Brennstoffzellen-Pkw allein in den drei betrachteten Schwerpunktregionen USA, ausgewählten Pkw-Märkten in Europa und Japan. Wenn durch die Brennstoffzellen-Fahrzeuge Benzin-Motoren verdrängt werden, lassen sich nach Schätzung der Autoren der Studie – selbst im Vergleich zu sehr effizienten Fahrzeugen – hierdurch 2050 bis zu 68 Mio. t fossiler Ottokraftstoff sowie fast 200 Mio. t verkehrsbedingter CO2-Emissionen einsparen.

Zusammen mit den Partnern der H2Mobility errichtet Shell ein Netz aus rund 400 Wasserstoff-Tankstellen – Foto © Shell Deutschland

Obgleich Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik in den vergangenen Jahren signifikante technologische Fortschritte gemacht haben, stehen beide noch am Anfang eines breiten kommerziellen Einsatzes im globalen Energiesystem. Daher bedürfen sie seitens des Staates noch weiterer Unterstützung und Förderung. Auch an der Akzeptanz in der Gesellschaft und bei den Konsumenten muss noch weiter gearbeitet werden.

So sollte die Anschaffung von Brennstoffzellen-Pkw und -Bussen – ähnlich wie die von Batteriefahrzeugen – durch öffentliche Beschaffungsprogramme, direkte finanzielle Anreize oder Privilegierung von Fahrzeugen (wie Ausnahmen bei Einfahrverboten) temporär unterstützt werden. Ferner bedarf der Ausbau von Wasserstofftankstellen insbesondere in der auslastungsschwachen Einführungsphase einer finanziellen Lasten- und Risikoteilung. „Die aktuellen Entscheidungen der Bundesregierung im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP 2) sind dafür ein wichtiger erster Schritt“, so die Autoren.

Weltweit gab es 2016 rund 210 Wasserstoff-Tankstellen und rund 2.500 wasserstoffbetriebene Kraftfahrzeuge. Diese konzentrieren sich bislang auf die USA, Westeuropa und Asien, vor allem Japan. Infrastruktur- und Flottenentwicklung haben sich zuletzt deutlich beschleunigt. In Deutschland sind bisher 27 öffentliche Tankstellen (700 bar) in Betrieb, weitere 4 fertig zur Abnahme. An Shell-Tankstellen gibt es derzeit in Deutschland vier Wasserstoffzapfsäulen, neun Projekte sind im Bau und weitere 15 Stationen sollen 2017 realisiert werden.

Shell Wasserstoff-Studie - Titel © Shell Deutschland

Aus der Studie: Tragende Rolle für Wasserstoff im globalen Energiesystem der Zukunft
„Wasserstoff ist ein Element, das viel Beachtung erhält: Es stellt sich im Besonderen die Frage, ob Wasserstoff im globalen Energiesystem der Zukunft eine tragende Rolle spielen kann bzw. wird. Shell ist schon seit Jahrzehnten in der Wasserstoff-Forschung und -Entwicklung aktiv.
Die Shell Wasserstoffstudie diskutiert zunächst Vorkommen, Eigenschaften sowie historische Sichtweisen des Elements Wasserstoff. Anschließend werden Verfahren und Ausgangsstoffe zur Erzeugung von Wasserstoff untersucht; dabei werden die Herstellungspfade in puncto Energieaufwand, Treibhausgasemissionen sowie Bereitstellungskosten miteinander verglichen. Weiterhin werden Fragen der Wasserstofflogistik untersucht. Dazu gehören zum einen Speichermethoden, zum anderen Transportoptionen.
Es folgt eine Darstellung der Nutzungsmöglichkeiten von Wasserstoff. Unterschieden wird zwischen stofflichen und energetischen Nutzungen. Die Analyse der energetischen Wasserstoffnutzung fokussiert auf die Brennstoffzelle. Auf der Anwenderseite werden energetische stationäre Anwendungen für die Back-up-Stromerzeugung sowie die Hausenergieversorgung untersucht.
Den Schwerpunkt der Studie bilden (auto)mobile Wasserstoffanwendungen. Hierfür werden zunächst technologischer Stand und Perspektiven mobiler Anwendungen – von der Raumfahrt über Material Handling Equipment bis hin zum Pkw – erörtert. Anschließend wird die Wirtschaftlichkeit von wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen-Pkw (FCEV) mit Hilfe eines vereinfachten Autokosten-Vergleichs analysiert. Es schließt sich eine Diskussion des Aufbaus einer Wasserstoff-Tankstelleninfrastruktur für den Straßenverkehr an.
Abschließend werden in Anlehnung an das ambitionierte 2DS-Wasserstoffszenario der Internationalen Energieagentur mögliche Auswirkungen von Brennstoffzellen-Pkw auf Kraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen in ausgewählten Regionen bis 2050 diskutiert.“

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