Wasserstoff, don’t give up!

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Wirklich gut sieht es nicht aus für die Wasserstoffwirtschaft. In zahlreichen Forschungsprojekten und Publikationen wird uns seit Jahrzehnten Wasserstoff als der Energieträger der Zukunft versprochen. Häufig wird angemerkt, dass die Effizienz der Herstellung von Wasserstoff zu gering ist. Typische Wirkungsgrade von Elektrolyseuren liegen zwischen 75 bis 80 Prozent. Weitere Verluste zwischen 5 Prozent bis 35 Prozent ergeben sich bei der Kompression beziehungsweise Kühlung von H2, dem molekularen Wasserstoff, um das Gas sinnvoll speichern und transportieren zu können. Für eine Nutzung vor Ort oder eine direkte Einspeisung ins Gasnetz kann von einem Wirkungsgrad von 70 Prozent ausgegangen werden. Bei der Rückverstromung des Wasserstoffs in Brennstoffzellen gehen noch einmal rund 50 Prozent der Energie als Wärmeenergie verloren, was zu einem Gesamtwirkungsgrad des Prozesses um 35 Prozent führt.

Bei den Autos sieht es so aus, als sei der Zug abgefahren. Brennstoffzellenautos werden uns von den deutschen Autoherstellen seit Jahrzehnten versprochen, und nun zeigen uns andere, wie schnell es mit der batteriebetriebenen Elektromobilität laufen kann. Nach Branchenschätzungen sind rund 60.000 batteriebetriebene E-Autos auf deutschen Straßen unterwegs, und je nach Quelle gibt es 5.000-8.000 öffentlich zugängliche Ladesäulen, teilweise mit mehreren Ladepunkten. Dagegen fallen die rund 300 wasserstoffbetriebenen Autos und rund 45 Wasserstofftankstellen deutlich zurück. Dies liegt auch an den hohen Preisen für die Autos: das günstigste Modell kostet in Deutschland rund 65.000 Euro, während batteriebetriebene E-Autos schon ab rund 20.000 Euro zu haben sind.

Die „Wirtschaftswoche“ hatte dementsprechend im vergangenen Sommer den „Tod einer Brennstoffzelle“ verkündet, „1966 erfunden, 2017 aufgegeben“.

Die wichtigen Skaleneffekte durch eine Nutzung der Wasserstofftechnologien in PKW fallen also erst einmal weg. Das Problem ist wie so oft das bewegliche Wettbewerbsumfeld: Der Preisverfall der Lithiumbatterien um rund 20 Prozent pro Jahr mit aktuellen Speicherkosten im industriellen Maßstab zwischen 0,05 – 0,10 Euro/Kilowattstunde und Wirkungsgraden über 90 Prozent verschlechtert den Ausblick für alle anderen Speichertechnologien.

Doch auch das zweite wichtige Konkurrenzprodukt für Erneuerbaren-Gas ist derzeit zu günstig: das fossile Erdgas. Durch Fracking und LNG-Transport sind die Weltmarktpreise für Erdgas rapide gefallen, der durchschnittliche Importpreis lag in Deutschland im Jahr 2016 bei rund 0,015 Euro/Kilowattstunde, also 1,5 Cent pro Kilowattstunde. Mit aktuellen Kosten der Wasserelektrolyse um 10 Cent pro Kilowattstunde ohne Stromkosten wird Wasserstoff im Strom- und Wärmesektor also erstmal keine wirtschaftliche Alternative sein. Selbst die fünf Cent, die auf dem pv magazine Future PV vorgestellt wurden und die bestenfalls unter Optimalbedingungen erzielt werden können (PV-Anlage in sonnenreichen Gebieten mit großen, durchgehend laufenden Elektrolyseuren) – erscheinen gegenüber dem niedrigen Erdgaspreis wie ein Witz. Damit bleibt der Einsatz von Wasserstoff für eine großflächigere Nutzung im Energiesystem unrentabel. Dies gilt für den Stromsektor, aber auch im Wärmesektor heizt man erstmal besser weiter mit effizienten KWK-Systemen. Daran können mittelfristig nur Emissionssteuern oder andere Wege zur Verteuerung des Erdgases etwas ändern.

Der fehlende Business-Case von Wasserstoff in der Energiewirtschaft spiegelt sich in der Konjunktur von Power-to-Gas-Projekten in Deutschland wider. Laut der Strategieplattform Power-to-Gas der Dena gibt es in Deutschland 33 Pilotprojekte, von denen 2/3 zwischen 2011-2014 begonnen wurden. Im Jahr 2017 wurde nur noch ein neues Pilotprojekt gestartet, beim Hüttenwerk der Salzgitter Flachstahl in Niedersachsen.

Bitte trotzdem dranbleiben

Doch das ist nur eine Momentaufnahme, geprägt von kurzfristigen, naja, vielleicht mittelfristigen Überlegungen. Langfristig sind die Chancen da. Schließlich ist Wasserstoff (H2) das häufigste chemische Element, das in der Natur nur in gebundener Form vorkommt. Durch mehr als hundert Jahre erprobte Elektrolyseverfahren können chemische Verbindungen mittels elektrischen Stroms aufgespalten werden. So kann Wasserstoff unter Einsatz von günstigem Erneuerbaren-Strom und Wasser hergestellt werden. In Kombination mit der Rückverstromung in Brennstoffzellen hat Wasserstoff nach wie vor das Potential, den „Missing Link“ der Energiewende zu schließen. Im Fokus steht dabei die saisonale Speicherung von Energie für die Wintermonate. Das Konkurrenzprodukt für den Ausgleich der fluktuierenden EE-Erzeugung ist das fossile Erdgas, dessen Speicherinfrastruktur zumindest in Teilen genutzt werden kann. So testet EWE in der Wesermarsch, ob sich Wasserstoff in den riesigen unterirdischen Kavernen speichern lässt, die als Erdgasspeicher gebaut wurden. Solche Anwendungsfelder für Wasserstoff im Bereich Power-to-Gas (P2G) werden auch auf mehreren Panels der Leitmesse für Energiespeicher, der Energy Storage Europe in Düsseldorf diskutiert. Daran lässt sich die Tendenz ablesen, dass Wasserstoffanwendungen im Energiesystem mittelfristig in der Sektorenkopplung gesehen werden.

Jetzt gilt es jetzt, die Nutzung der Technologie offen zu halten und weiterzuentwickeln. Zentraler Baustein sollte dabei die Erschließung attraktiver Segmente sein, bei denen Wasserstoff schon heute sinnvoll eingesetzt werden kann: Die Substitution von konventionellem aus Erdgas hergestelltem Wasserstoff für industrielle Prozesse, zum Beispiel über eine verschärfte Gesetzgebung zur Dekarbonisierung der Chemieindustrie. Die Beimischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz bis zu 9 Prozent, zum Beispiel durch graduelle und regional differenzierte Anhebung der derzeitigen Beimischungsgrenze von 2 Prozent. Und: die Nutzung von Wasserstoff in großen Transportfahrzeugen. Denn auch wenn die batterieelektrischen Autos derzeit vorausfahren, andere Anwendungen im Transportsektor sind mit Batterien schwieriger zu erschließen. Zum Beispiel im Schiffs- und Schienenverkehr kann die Wasserstoffwirtschaft die Marktreife schneller erreichen, so entwickelt Alstom derzeit einen H2-Regionalzug für nicht-elektrifizierte Strecken, der sich reger Nachfrage bei den Bundesländern erfreut.

Es ist zu erwarten, dass sich mit dem Auslaufen der EEG-Förderung für die ersten Wind- und Photovoltaikanlagen ab 2020 die Suche nach dem „Missing Link“ der Energiewende intensiviert und neue Bewegung im Bereich Power-to-Gas entsteht. Wenn die Pioniere der elektrischen Energiewende weitersuchen, werden sich neue Lösungen auftun – und irgendwann wird auch der politische Rahmen im Energiesektor wieder innovationsfreundlicher werden. Die Photovoltaik galt ja auch für Jahrzehnte als viel zu teure Zukunftsenergie. Insofern gilt: Wasserstoff – bitte nicht aufgeben!

Der Autor Stephan Franz erstellt seit über zehn Jahren Marktanalysen im Bereich erneuerbare Energien und smarte Energiesysteme. Seit 2014 ist er mit dem Büro F als freier Berater in Berlin tätig. www.burof.de

 

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