Wasserstoff

Grüner Wasserstoff ist eines der Schlüsselelemente zur Erreichung von Klimaneutralität. Er ermöglicht ein vollständig erneuerbares Energiesystem und sichert den Weg zur Klimaneutralität für solche Anwendungen, bei denen eine direkte Elektrifizierung mit erneuerbarem Strom nicht möglich ist.

Klimaneutralität erfordert den Ersatz aller treibhausgasemittierenden Anwendungen und geht damit über die Dekarbonisierung des Stromsektors hinaus. Energieintensive Anwendungen, die nicht direkt elektrifiziert werden können – wie Industrieprozesse, Schifffahrt und Luftfahrt – stellen hierbei eine besondere Herausforderung für die Klimaneutralität dar, die durch den Einsatz von erneuerbarem Wasserstoff gelöst werden können.

Der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft steht jedoch vor mehreren Herausforderungen. Die Nutzung von Wasserstoff, der aus Erneuerbaren Energien hergestellt wird, ist aktuell in der Regel nicht wettbewerbsfähig gegenüber Wasserstoff aus fossilen Energieträgern und erfordert gezielte Politikinstrumente. Da nachhaltig produzierte Moleküle knapp sind, ist es entscheidend, erneuerbaren Wasserstoff nur gezielt für sogenannte No-Regret-Anwendungen einzusetzen, die ansonsten nicht dekarbonisiert werden können.

Die Transformation erfordert eine gezielte Förderung von neuen wasserstoffkompatiblen Technologien auf der Nachfrageseite sowie dem Aufbau von Wasserstoffinfrastrukturen und -versorgungssystemen. Darüber hinaus müssen Erneuerbare Energien schnell und in großem Umfang ausgebaut werden, um a) sicherzustellen, dass genügend Kapazitäten sowohl für die steigende Strom- als auch die Wasserstofferzeugung vorhanden sind, und b) die Wasserstoffmengen zu erzeugen, die für die Dekarbonisierung von No-Regret-Anwendungen erforderlich sind.

"Erneuerbarer Wasserstoff" wird bisher unterschiedlich definiert und obwohl erste Schritte in diese Richtung unternommen wurden, gibt es derzeit keinen weltweit etablierten Standard. Auch die nationalen Diskussionen über kohlenstoffarmen Wasserstoff, der für eine Übergangszeit geeignet ist, gehen auseinander. Aufgrund der unterschiedlichen regionalen Verfügbarkeit Erneuerbarer Energien werden einige Länder Wasserstoff importieren müssen, um ihre Emissionsziele zu erreichen, während andere sich als Netto-Exporteure sehen. Nachhaltigkeitsstandards können eine Schlüsselrolle dabei spielen, dass die Wasserstoffwirtschaft eine gerechte und umweltverträgliche globale Energiewende ermöglicht.

Das Wasserstoffteam von Agora entwickelt Politikempfehlungen, um die zunehmend wichtige Rolle von grünem Wasserstoff auf dem Weg zur Klimaneutralität mitzugestalten.

Kernergebnisse

  1. 1

    Wasserstoff ist ein entscheidender Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität, allerdings hat die Elektrifizierung Vorrang, wo immer es möglich ist: Darüber besteht breite Einigkeit.

    Im Jahr 2050 werden CO₂-freier Wasserstoff und grüne synthetische Brennstoffe etwa ein Fünftel der Endenergie bereitstellen, den großen Rest liefert erneuerbarer Strom. Expert:innen sind sich einig, dass Wasserstoff in erster Linie zur Dekarbonisierung von Industrie, Schifffahrt und Luftverkehr sowie zur Absicherung eines erneuerbaren Energiesystems beitragen wird. Entsprechend sollte die Wasserstoffinfrastruktur entlang dieser No-regret-Anwendungen entwickelt werden.

  2. 2

    Um erneuerbaren Wasserstoff zu fördern, braucht es gezielte Politikinstrumente für No-Regret-Anwendungen.

    Nur so lassen sich dort, wo eine CO₂-Bepreisung allein nicht (schnell) genug wirken kann, Anreize für die Nutzung von Wasserstoff schaffen. Während für No-regret-Anwendungen Politikinstrumente zu überschaubaren Kosten bereitstehen, gibt es keine überzeugende Strategie für die Wasserstoffnutzung durch Haushalte. Eine Beimischung wäre nicht zielführend, um die europäischen Klimaziele im Gebäudesektor zu erreichen.

  3. 3

    Die Gasverteilnetze müssen auf das Ende ihres Geschäftsmodells vorbereitet werden. Klimaneutralitäts-Szenarien gehen von einem sehr begrenzten Einsatz von Wasserstoff in Gebäuden aus.

    Damit die EU auf 1,5-Grad-Kurs kommt, muss laut EU-Folgenabschätzung im nächsten Jahrzehnt der Verbrauch von Erdgas in Gebäuden um 42 Prozent zurückgehen.

  4. 4

    Europa hat grundsätzlich die Flächenpotenziale, um den Bedarf an grünem Wasserstoff zu decken. Aber: Für jedes GW Elektrolyse müssen 1 bis 4 GW zusätzliche Leistung aus Erneuerbaren installiert werden.

    Nichtsdestotrotz ist eine wettbewerbsfähige europäische Industrie auf preiswerten (grünen und CO₂-armen) Wasserstoff angewiesen, der über Pipelines aus Nachbarländern kommt, um Transportkosten möglichst niedrig zu halten. Die Importe über den Weltmarkt werden hauptsächlich aus erneuerbar erzeugten, wasserstoffbasierten synthetischen Kraftstoffen bestehen.

Aus Studie : 12 Thesen zu Wasserstoff
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    Synthetische Brennstoffe werden eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung von Chemie, Industrie und Teilen des Verkehrs spielen.

    Neben chemischen Grundstoffen und Hochtemperatur-Prozesswärme geht es dabei um Flug- und Schiffsverkehr sowie möglicherweise um Teile des Straßenverkehrs. Da synthetische Brennstoffe immer teurer sein werden als direkt genutzter Strom, ist offen, wie groß ihre Bedeutung in anderen Sektoren sein wird.

  2. 2

    Power-to-Gas- und Power-to-Liquid-Anlagen brauchen für einen wirtschaftlichen Betrieb günstigen Erneuerbaren-Strom und hohe Volllaststunden. Sie können daher nicht mit Überschussstrom betrieben werden.

    Stattdessen werden explizit für diesen Zweck Erneuerbare-Energien-Anlagen gebaut werden müssen – entweder in Deutschland (Offshore-Windkraft) oder zum Beispiel in Nordafrika beziehungsweise im Nahen Osten (Onshore-Windkraft und/oder Photovoltaik). Dies würde Erdöl und Erdgas exportierenden Staaten auch eine Perspektive für ein postfossiles Geschäftsmodell ermöglichen.

  3. 3

    Synthetisches Methan und Öl kosten anfänglich in Europa etwa 20 bis 30 Cent pro Kilowattstunde. Die Kosten können bis 2050 auf etwa 10 Cent je Kilowattstunde sinken, wenn die global installierte Power-to-Gas-/Power-to-Liquid-Kapazität auf etwa 100 Gigawatt steigt.

    Die avisierten Kostensenkungen bedingen erhebliche frühzeitige und kontinuierliche Investitionen in Elektrolyseure und CO2-Absorber. Diese sind ohne politische Intervention oder eine hohe CO2-Bepreisung nicht zu erwarten, denn die Herstellungskosten für synthetische Brennstoffe sind dauerhaft höher als die Förderkosten ihrer fossilen Alternativen.

  4. 4

    Wir brauchen einen Öl- und Gaskonsens, der den Ausstieg aus den Fossilen festlegt, effiziente Substitution priorisiert und über verpflichtende Nachhaltigkeitsregeln sowie Anreizinstrumente den Einstieg in synthetische Brennstoffe ermöglicht.

    Strombasierte Brennstoffe sind keine Alternative, sondern eine Ergänzung zu Anwendungen mit geringeren Umwandlungsverlusten wie Elektroautos oder Wärmepumpen. Anwendungsspezifi-sche Ziele tragen dem Rechnung. Verbindliche Nachhaltigkeitsregeln sichern den Klimavorteil von Power-to-Gas-/Power-to-Liquid-Brennstoffen und schaffen Planungssicherheit.

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