Starke Nachfrage wird Wasserstoffpreis verdoppeln

Aurora-Untersuchung: Für wettbewerbsfähige Kosten müssen Verkehrs- und Wärmesektor elektrifiziert und grüner Wasserstoff politisch gefördert werden

“Wärmemarkt und Verkehr verderben Wasserstoffpreis” titelte der Energy Messenger am 01.09.2020: Eine neue Untersuchung des Londoner Thinktanks Aurora Energy Research warnt vor einem Wasserstoff-Hype, der den Preis hochtreiben könnte. Aurora bewertet in der Studie “Wasserstoff im nordwesteuropäischen Raum” die Rolle von Wasserstoff in den Energiesystemen von Deutschland, Belgien und den Niederlanden sowie die sektorale Nachfrageaufnahme, den technologischen Fortschritt, die Kosten und liefert Marktentwicklungen in mehreren Szenarien. Die wichtigsten Erkenntnisse aus der neuen Analyse.

In Kürze:

  • Prognosen für Wasserstoffnachfrage in Deutschland liegen 2050 zwischen 150 und 500 TWh – je nachdem, wie stark die Sektoren Wärme und Verkehr elektrifiziert werden – “den stärksten Einfluss auf die Bedarfs- und Preisprognosen hat der Verkehrs- und Wärmebereich”, sagt Alexander Esser von Aurora Energy Research”.
  • Je höher der Bedarf, desto höher die Kosten für grünen Wasserstoff: Der Preis pro Kilogramm wäre bei hohem Bedarf im Jahr 2040 doppelt so hoch wie bei niedrigem Bedarf, da günstige lokale Potenziale für Elektrolyseure begrenzt sind
  • Interkontinentaler Import von grünem Wasserstoff, etwa aus Nordafrika, ist durch hohe Transportkosten teurer als heimische Produktion, falls neue Fernleitungen oder Schiffstransport benötigt werden
  • Um grünen Wasserstoff möglichst schnell wettbewerbsfähig gegenüber blauem zu machen, braucht es politische Maßnahmen zur Schaffung von ausreichend Elektrolyseur- und Erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten

Grüner Wasserstoff erst in 2040er Jahren mit blauem konkurrenzfähig 

Wasserstoff-Tanklastzug an Multi-Energie-Tankstelle – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

Die Nachfrage nach Wasserstoff könnte bis 2050 in Nordwesteuropa auf 200 bis 700 TWh steigen. Die ersten Anwendungen von kohlenstoffarmem Wasserstoff werden als Ausgangsmaterial für Chemikalien und Raffinerien sowie für neue Verfahren in der Stahl- und Zementproduktion sein, was einen wichtigen Weg zur Erreichung der ehrgeizigen Netto-Null-Ziele der EU darstellt. Es wird erwartet, dass blauer Wasserstoff (mit CSS aus Erdgas reformiert) und grüner Wasserstoff (hergestellt unter Verwendung von Strom zur Elektrolyse von Wasser) eine wichtige Rolle spielen werden, jedoch wird grüner Wasserstoff ohne zusätzliche Unterstützung erst in den 2040er Jahren mit blauem Wasserstoff konkurrenzfähig werden.

“Bei niedriger Nachfrage können die Elektrolyseure viel häufiger die niedrigen Strompreise in Phasen von viel Sonne und Wind nutzen”, erläutert Esser. “Wird dagegen mehr Wasserstoff benötigt, muss auch zu Zeiten höherer Strompreise Wasserstoff produziert werden, was die Wasserstoffpreise erhöht. Um die Kosten von grünem Wasserstoff gering zu halten, sollten somit Sektoren, in denen das möglich ist, bevorzugt elektrifiziert werden, allen voran der Verkehrs- und der Wärmesektor.”

Die großmaßstäbliche Elektrolyse sollte gemeinsam mit der saisonalen Wasserstoffspeicherung und der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien eingesetzt werden, um niedrige Betriebskosten zu gewährleisten. CCS in Kontinentaleuropa sollte erforscht werden: Die billigste Option für kohlenstoffarmen Wasserstoff stammt von einem Reformer mit einheimischer CCS. Niederländische Reservoirs bieten heute die billigste CCS-Technologie. Deutsche Reservoirs haben ähnliche Kosten, aber eine wesentlich höhere Kapazität, wenn sich die Exploration durchsetzt.

Wasserstoff kann im Netto-Nullplan Nordwest-Europas eine wichtige Rolle spielen, indem er bis 2050 einen wichtigen Teil des Endenergiebedarfs deckt. Denn er erleichtert die Dekarbonisierung von Sektoren mit begrenzten alternativen Optionen wie chemische Industrie, Stahl-Produktion und Transport. Aurora hat einen analytischen Rahmen entwickelt, der das gesamte marktbasierte Energiesystem umfasst und verschiedene Arten von Produktions-, Transport- und Lagertechnologien einschließt.

Die Versorgung mit Wasserstoff wird entweder durch Elektrolyse mit meist Erneuerbarem Strom (grüner Wasserstoff) oder aus der Reformierung von Erdgas mit CCS (blauer Wasserstoff) gedeckt. Zusätzliche Produktion könnte auch aus der Vergasung von Biomasse mit CCS kommen, aber das wurde bisher aufgrund begrenzter Verfügbarkeit von nachhaltiger Biomasse und wegen hoher Kosten ausgeschlossen.

Umnutzungen und neue Gaspipelines werden die billigste Transportform großer Mengen von Wasserstoff sein. Salzkavernenspeicher und Pipelines werden wahrscheinlich kurz- bis mittelfristige Speichermöglichkeiten sein, eine Reihe von Träger-Flüssigkeiten könnten verfügbar werden, wenn der Markt wächst und die Kosten sinken.

Eine groß angelegte Einführung von Wasserstoff würde erhebliche Synergien mit dem Energiesektor nach sich ziehen, denn geringerer Bedarf an flexibler Erzeugung in Perioden mit sehr hohem Windaufkommen würde die Wirtschaftlichkeit der EE im Prozess verbessern. Zunehmende EE-Durchdringung senkt die Strompreise und erhöht das Überangebot (in Perioden mit hohem Windaufkommen) für die grüne Wasserstoff-Produktion. Flexibilität: Eine breit angelegte Wasserstoff-Option zur Dekarbonisierung der Energie kann auch die Belastung des Stromnetzes in Zeiten der Spitzennachfrage in Sektoren wie Heizung und Verkehr verringern, wodurch der Bedarf an Flexibilität im deutschen Stromsektor auf etwa 30 GW Spitzenlast und 32 GW mittlere Kapazität (nur 13 GW Grundlast) gesenkt werden kann. Darüber hinaus können Wasserstoff-Turbinen und Elektrolyseure als zusätzliche Quellen dieser Flexibilität dienen.

Grüner Wasserstoff ist deutlich teurer als blauer: Die Kosten von grünem Wasserstoff werden durch den Grad der Verbreitung Erneuerbarer Energien und die Flexibilität des Systems bestimmt. Der Preis für Wasserstoff ist im Green-Push-Szenario mit hoher Nachfrage zwischen 2030 und 2050 durchschnittlich 37% höher als im reinen Wirtschaftsszenario und 2040 mehr als doppelt so hoch. Wenn die Nachfrage niedrig ist, entstehen bei Green Push im Vergleich zu anderen Szenarien keine zusätzlichen Kosten: Bei einem Green-Push-Szenario mit niedriger Nachfrage sind die Preise nicht höher. Wenn nur wesentliche Sektoren Wasserstoff nutzen, ist ein Green Push in Richtung einer Wasserstoff-Wirtschaft, die auf überwiegend grünen Quellen basiert, mit vernachlässigbaren Mehrkosten verbunden. Der Einsatz von Elektrolyseuren für grünen Wasserstoff verbessert die Wirtschaftlichkeit der Erneuerbaren Energien (RES): In einem rein wirtschaftlichen Szenario mit hoher Nachfrage steigt der Ausbau der Erneuerbaren Energien im Jahr 2050 um 5 – 38%.

Elektrolyseure verringern die Volatilität der Strompreise und dienen als Vektor für die Energiespeicherung: Wenn der Anteil der Erneuerbaren Energien am Strommix steigt, steigt die Volatilität der Strompreise sprunghaft an, während mehr Elektrolyseure in Verbindung mit der Wasserstoff-Speicherung diese in Grenzen halten.

Der Bedarf an disponibler Stromerzeugung wird geringer, aber immer noch erheblich sein: In Deutschland werden im Jahr 2050 etwa 30 GW Spitzenlast und 32 GW mittlere Leistung benötigt. Baseload-Strom wird eine untergeordnete Rolle spielen.

Politiken, die auf grünen Wasserstoff drängen, untermauern den Einsatz von Wasserstoff-basierter Stromerzeugung: Nur für niedrigere Wasserstoff-Preise im rein wirtschaftlichen Szenario unterbieten die Kosten für Wasserstoff-Turbinen die Kosten für GuD-Anlagen mit CCS bei höheren Lastfaktoren als bei der Spitzenlasterzeugung, d.h. auch bei der Erzeugung im mittleren Leistungsbereich.

Sechs identifizierte Implikationen, die von der Politik angegangen werden müssen

  1. Sauberer Wasserstoff braucht politische Unterstützung: Jeder kohlenstoffarme Wasserstoff wird unter den gegenwärtigen Bedingungen teurer sein als grauer Wasserstoff
  2. Grüner Wasserstoff braucht mehr Unterstützung als blauer: Bis in die 2040er Jahre ist blauer Wasserstoff viel billiger als grüner
  3. CO2-Intensität von Wasserstoff muss transparent sein: Basierend auf den durchschnittlichen Emissionen des Stromnetzes wird durch Elektrolyse erzeugter Wasserstoff erst nach 2045 in Deutschland weniger kohlenstoffintensiv als blauer
  4. CCS in Kontinentaleuropa sollte erforscht werde:  Es gibt wichtige Industriecluster, in denen einheimische CCS wirtschaftlicher ist als Wasserstoff-Importe aus Norwegen. Niederländische Lagerstätten bieten heute die billigste CCS-Technologie. Deutsche Lagerstätten haben ähnliche Kosten, aber eine deutlich höhere Kapazität, wenn sich die Exploration durchsetzt.
  5. Ausbau der Wasserstoff-Speicherung ist ein Muss: Wir brauchen riesige Mengen an Speicher – auch wenn alle Salzkavernen zu Wasserstoff-Speichern umgebaut werden, sind Elektrolyseure hohen Strompreisen ausgesetzt
  6. Der interkontinentale Wasserstoff-Transport über Pipelines auf der grünen Wiese oder per Schiff sollte auf ein Minimum reduziert werden: Da der Bau neuer internationaler Wasserstoffpipelines oder der Transport zwischen Kontinenten teuer ist, sollten Sie in die lokale Produktion investieren oder bestehende Gasnetze umrüsten, wenn auch mit zusätzlichen Kosten. “Sobald der Bau neuer Fernleitungen oder ein Transport per Schiff nötig ist, wird der interkontinental importierte Wasserstoff teurer als der aus heimischer Produktion”, sagt Esser.

Für grünen Wasserstoff staatliche Förderung nötig

Unabhängig von der künftigen Entwicklung der Nachfrage zeigt die Studie aber auch, dass grüner Wasserstoff eine zusätzliche staatliche Unterstützung braucht, um mit blauem Wasserstoff konkurrieren zu können. Denn aktuell ist er rund 50 Prozent teurer, und die Modellierung zeigt, dass er rein marktwirtschaftlich, also ohne Anschubförderung, erst in den 2040er Jahren wettbewerbsfähig würde. Um diesen Zeitpunkt vorzuziehen, müssen daher politische Maßnahmen gesetzt werden, damit in den kommenden Jahren ausreichend Elektrolyseure und Wasserstoff-Speicher errichtet sowie die nötigen erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten geschaffen werden.

“Fördermechanismen wie eine Mindestquote für grünen Wasserstoff würden bewirken, dass mit dem vermehrten Bau von Elektrolyseuren Skaleneffekte und technologische Fortschritte eintreten und so die Investitionskosten sinken”, sagt Esser. “Gleichzeitig führt ein stärkerer Ausbau der erneuerbaren Energien zu mehr Phasen mit niedrigen Strompreisen. Beides zusammen bewirkt, dass die Herstellung des grünen Wasserstoffs wettbewerbsfähig wird.” Unter diesen Voraussetzungen könnte schon 2040 die Hälfte und 2050 rund 90 Prozent der Wasserstoffnachfrage aus grünen Quellen gedeckt werden.

Aurora wurde 2013 von Professoren und Wirtschaftswissenschaftlern der Universität Oxford gegründet, welche die Notwendigkeit einer stärkeren Fokussierung auf die Qualitätsanalyse sahen. Mit jahrzehntelanger Erfahrung auf höchster akademischer und energiepolitischer Ebene kombiniert Aurora eigenen Angaben zufolge “wie kein anderer Anbieter von Energieanalysen unübertroffene Erfahrung in den Bereichen Energie, Umwelt und Finanzmärkte mit hochmodernen technischen Fähigkeiten. Auroras datengesteuerte Analysen der europäischen und globalen Energiemärkte liefern wertvolle Informationen über die globale Energietransformation durch Prognosen, Berichte, Foren und maßgeschneiderte Beratungsdienste.”
Auf folgende Punkte legt Aurora Wert:
Unabhängigkeit – wir scheuen uns nicht davor, die “Norm” in Frage zu stellen, indem wir die Energiemärkte objektiv betrachten.
Transparenz – alle unsere Analysen werden durch einen detaillierten Konsultationsprozess für unsere Kunden aus dem privaten und öffentlichen Sektor weiter verfeinert.
Präzision – wir bohren bis zur erforderlichen Detailgenauigkeit und stellen sicher, dass die Ergebnisse intern konsistent sind. In der Energiemarktanalyse bedeutet dies eine halbstündige Detailgenauigkeit mit vollständiger interner Konsistenz über den Energiekapazitätsausgleich und andere Märkte hinweg.
Glaubwürdigkeit – Unsere Kunden vertrauen auf unsere Ergebnisse, und unsere Ergebnisse haben ihre Bankfähigkeit bewiesen.”

->Quellen: