EWI für H2-Technologieneutralität

Ausblick auf nationale Wasserstoffstrategie 

Das Energiewirtschaftliche Institut an der Universität zu Köln schlägt vor, nicht nur auf grünen, sondern auch auf blauen und türkisen Wasserstoff zu setzen. Denn der stockende Ausbau der Erneuerbaren Energien hemme den Aufbau einer rein grünen Wasserstoffwirtschaft. Die Bundesregierung plant einerseits, Wasserstoff großskalig in der deutschen Energieversorgung einzusetzen, anderseits möchte sie Wasserstofftechnologien als neues Standbein der deutschen Exportwirtschaft etablieren. Welche Erzeugung (grün, blau oder türkis – s.u.) gefördert werden soll, wird kontrovers diskutiert. Eine Gegenüberstellung der drei Arten macht deutlich, dass alle Verfahren zur Herstellung von CO2-neutralem Wasserstoff in der Strategie berücksichtigt werden sollten. Das ist die wichtigste Erkenntnis aus dem neuen EWI Policy Brief von David Schlund und Simon Schulte zur Nationalen Wasserstoffstrategie, die in Kürze vom Kabinett verabschiedet werden soll.

Im Zuge der deutschen Energiewende und der damit einhergehenden Dekarbonisierung von Endenergieverbrauchs-Sektoren werden gasförmige Energieträger in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen. Kurz- bis mittelfristig können erdgasbasierte Anwendungen einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen leisten, bspw. durch Verdrängung der Kohle im Stromsektor oder des Erdöls im Wärmesektor. Mittel- bis langfristig birgt CO2-neutraler Wasserstoff das größte Potenzial: Er ist durch seine vielfältigen Erzeugungs-, Transport-, Speicher- und Anwendungsoptionen ein einzigartiger Energieträger zur sektorübergreifenden Dekarbonisierung.

Wasserstoff-Farbenlehre

Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu 100% aus erneuerbaren Quellen stammt und damit CO2-frei ist.
Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO2 umgewandelt (Dampfreformierung). Das CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO2.
Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (engl. Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden.
Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.

Diversität, Flexibilität, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz

Kurz- bis mittelfristig hemmen insbesondere der stockende Ausbau der Erneuerbaren Energien und das „Henne-Ei-Problem“ den Aufbau einer rein grünen Wasserstoffwirtschaft. Für potentielle Produzenten gibt es derzeit wenig Anreize, in Erzeugungstechnologien zu investieren, da die Nachfrage nach CO2-neutralem Wasserstoff noch sehr gering ist. Gleichzeitig fehlen Nachfragern Angebotsdiversität und die Sicherheit, dass ausreichende Mengen an Wasserstoff zu bezahlbaren Preisen bereitgestellt werden.

Auch für den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur fehlen Anreize für Investitionen. Eine technologieoffene Förderung aller Erzeugungstechnologien kann daher einen zügigeren Markthochlauf von Wasserstoff auf Angebots-, Nachfrage- und Infrastrukturseite unterstützen, da sie Diversität, Flexibilität, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz sicherstellt.

Langfristig bleiben Importe CO2-neutraler Energieträger von zentraler Bedeutung

Auch langfristig wird Deutschland auf den Import von Energieträgern angewiesen sein, wie die dena-Leitstudie gezeigt hat. Die Abbildung veranschaulicht diesen Zusammenhang und zeigt, dass der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft im Technologiemix-Szenario der Studie (95% Dekarbonisierung bis 2050) vor allem auf Importen synthetischer Energieträger beruht. Aufgrund von Effizienzverlusten ist für die Erzeugung dieser Energie eine erhebliche Menge an erneuerbar produziertem Strom im Ausland notwendig – sofern die synthetischen Kraftstoffe aus rein erneuerbaren Quellen stammen. Alternativ könnte daher auch langfristig der Import bzw. die Erzeugung von blauem oder türkisem Wasserstoff eine kostengünstige Versorgung sicherstellen.

Endenergieverbrauch in Deutschland 2050, aufgeteilt in Strom- und Nicht-Stromverbrauch im Technologiemix-Szenario bei einem 95%-Treibhausgas-Minderungsziel. Quelle: Eigene Berechnung basierend auf dena (2018)

Für die Initiierung und die langfristige Etablierung eines Wasserstoffmarktes bestehen vielfältige und komplexe Herausforderungen – so die EWI-Medienmitteilung abschließend. Technologieoffene Ansätze stellten in diesem Kontext eine wichtige Voraussetzung für das Abbauen von Markteintrittsbarrieren dar und sichetern Flexibilität in der Erzeugung und Bereitstellung von Wasserstoff. Insbesondere in der kurzen und mittleren Frist könne so der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft gefördert werden, ohne zeitgleich den Ausbau der erneuerbaren Energien zu überfordern. Eine Fokussierung der Nationalen Wasserstoffstrategie auf rein elektrolysebasierten (grünen) Wasserstoff könnte ein Hemmnis für sektorübergreifende Dekarbonisierung bedeuten und den Infrastrukturausbau zeitlich verzögern. Zugleich sei es von zentraler Bedeutung, die Kapazitäten an Erneuerbaren Energien stetig auszubauen, um langfristig zumindest einen Teil des wachsenden Bedarfs an Wasserstoff durch inländische grüne Erzeugung decken zu können.

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