Grüner Wasserstoff – Potenzial für Gigawatt-Industrie

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Die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Photovoltaik- und Windkraft hat enormes Zukunftspotenzial. Es entwickle sich immer mehr zu einer Kerntechnologie der Energiewende, da es den volatilen Wind- und Solarstrom saisonal speichern, rückverstromen oder zu Kraft- und chemischen Grundstoffen weiterverarbeiten kann. Allein für Deutschland werde bis 2050 eine installierte Wasserelektrolyse-Leistung im dreistelligen Gigawattbereich erwartet, sofern die Bundesregierung ihre Klimaschutzziele erreicht, heißt es am Dienstag vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Die Freiburger Wissenschaftler haben im Auftrag des Verkehrsministeriums gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie und Automatisierung IPA und dem Beratungsunternehmen E4tech einen Fahrplan für die Etablierung der Wasserelektrolyse in Deutschland entwickelt.

In ihrer Studie „Industrialisierung der Wasserelektrolyse in Deutschland: Chancen und Herausforderungen für nachhaltigen Wasserstoff für Verkehr, Strom und Wärme“ zeigen sie auf, wie die industriellen Fertigungskapazitäten in den kommenden Jahren in Deutschland aufgebaut werden könnten. Sie beleuchten auch die Herausforderungen, besonders hinsichtlich der kritischen Komponenten. In der Studie wird der Handlungsbedarf aus verschiedenen Perspektiven diskutiert und Empfehlungen abgeleitet.

Den künftigen Elektrolysebedarf für die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr habe das Fraunhofer ISE mit seinem entwickelten Tool „REMod-D“ ermittelt. Dafür seien sechs Ausbauszenarien betrachtet worden, wobei jeweils die Randbedingung, die CO2-Emissionen um 80 Prozent bis 2050 zu senken ohne großskaligem Import von synthetischen Energieträgern erreicht wird, heißt es weiter. Im Ergebnis habe sich ein Ausbaukorridor zwischen mehr als 100 und weit über 200 Gigawatt installierter Elektrolysekapazität in Deutschland bis zum Mitte des Jahrhunderts ergeben. Bereits ab Mitte der 2020er Jahre müsse die Zubaurate daher ein Gigawatt jährliche Neuinstallationen deutlich übersteigen. Ab 2030 müssten es mehrere Gigawatt Zubau pro Jahr sein.

Die Technologie und die Komponenten sollten dabei keine große Herausforderung sein. „Bereits heute sind die beiden wichtigsten Technologien, die alkalische  und die PEM-Elektrolyse, in einem technisch ausgereiften Zustand. Einer großskaligen Nutzung der Elektrolyse steht aus technologischer Sicht nichts im Wege“, erklärte Tom Smolinka, Abteilungsleiter Chemische Energiespeicherung am Fraunhofer ISE. Bei anderen Formen bestehe aber noch Forschungsbedarf. So sei die Hochtemperatur-Elektrolyse noch nicht wettbewerbsfähig. Sie habe aber wegen des geringeren Strombedarfs und der in Deutschland vorhandenen industriellen Abwärme durchaus Potenzial. Bei den Komponenten gebe es eine großindustrielle Produktion bereits in anderen Branchen. „Eine Skalierung der Produktion ist mit einem vergleichsweise geringen Maschinen- und Kapitaleinsatz möglich“, so Steffen Kiemel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IPA. Lieferengpässe bei den Komponenten seien daher nicht zu erwarten.

Die Politik muss allerdings noch handeln. „Der Markthochlauf, der für die weitere Technologieentwicklung und Kostenreduktion der zentrale Hebel ist, muss durch Anpassungen des regulatorischen Rahmens, insbesondere beim Strombezug unterstützt werden, damit Elektrolyseanwendungen wirtschaftlich werden können“, erklärte Franz Lehner, Managing Consultant beim Beratungsunternehmen E4tech. Daher sollte es ein „Marktaktivierungsprogramm Wasserelektrolyse“ geben, dass den Herstellern und Nutzern Planungssicherheit für Investitionen biete.

Mehr zum Thema grüner Wasserstoff können Sie auch in unserer neu erschienenen September-Ausgabe des pv magazine Deutschland lesen.

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