Kosten für Solarstrom-Wasserstoff sinken bis 2030 auf 0,7 bis 1,80 Euro pro Kilogramm

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Eine Gruppe europäischer Forscher unter der Leitung der finnischen Lappeenranta University of Technology (LUT) hat untersucht, wie sich die Investitions- und Betriebskosten von Elektrolyseuren entwickeln werden, in denen Strom aus Photovoltaik-Anlagen eingesetzt wird. Die Wissenschaftler kommen zu dem Ergebnis, dass die Gestehungskosten für den grünen Energieträger von derzeit etwa 0,031 bis 0,081 Euro pro Kilowattstunde auf 0,02 bis 0,05 Euro im Jahr 2030 und 0,01 bis 0,027 Euro im Jahr 2050 sinken könnten.

„Wir erleben ein beispielloses Wachstum bei grünem Wasserstoff, da die Nachfrage nach enorm anzieht und die Kosten im industriellen Maßstab massiv sinken, angetrieben durch sehr kostengünstige Photovoltaik und Elektrolyseure“, sagte Christian Breyer, Professor für Solarwirtschaft am LUT, gegenüber pv magazine. „Für Unternehmen und Länder ergeben sich jetzt enorme Geschäftsmöglichkeiten. Aber nur kluge Entscheidungsträger in Industrie und Politik werden davon profitieren.“

Die Gründe für den Kostenrückgang sehen die Forscher zum einen darin, dass Elektrolyseure, die mit Strom aus großen Photovoltaik-Anlagen betrieben werden, immer günstiger arbeiten können – und zum anderen in niedreren Investitionskosten bei der Photovoltaik selbst. Die Analyse basiert auf historischen Lernraten für beide Technologien und einer Reihe verschiedener Wachstumsszenarien. „Die nivellierten Wasserstoffkosten (Gestehungskosten, LCOH) wurden für fünf europäische und fünf außereuropäische Standorte mit unterschiedlichen Sonneneinstrahlungsniveaus und verschiedenen gewichteten durchschnittlichen Kapitalkostensätzen berechnet“, so die Autoren.

Konkret haben die Forscher die Standorte Helsinki (Finnland), München (Deutschland), Toulouse (Frankreich), Rom (Italien), Malaga (Spanien), Rajasthan (Indien), El Paso (Texas, USA), Westaustralien, Südafrika und die chilenische Atacama-Wüste untersucht.

Photovoltaik

Die durchschnittlichen Investitionskosten für die Photovoltaik im industriellen Maßstab haben die Experten für drei verschiedene Szenarien berechnet: Einem Szenario mit schnellem Wachstum, in dem sie einen Rückgang von derzeit etwa 0,047 €/ Euro pro Kilowattstunde auf 0,027 Euro im Jahr 2030 und 0,013 Euro im Jahr 2050 vorhersagen; einem Szenario mit niedrigem Wachstum, in dem dieser Wert auf 0,031 Euro pro Kilowattstunde im Jahr 2030 und 0,019 Euro im Jahr 2050 sinken dürfte; und einem Szenario mit langsamem Wachstum, in dem er nur 0,036 Euro pro Kilowattstunde im Jahr 2030 und 0,025 Euro im Jahr 2050 erreicht.

Die Wissenschaftler sind hier davon ausgegangen, dass der durchschnittliche Modulpreis jedes Jahr um konservative 25 Prozent sinkt und dass sich die durchschnittliche Moduleffizienz um 0,4 Prozent verbessert. Die Betriebskosten im Jahr 2020 wurden auf 9,4 Euro pro Kilowattstunde im Jahr geschätzt. Die Forscher nehmen desweiteren an, dass die Betriebskosten jährlich um zehn Prozent sinken.

Elektrolyse

Bei großen Elektrolyseuren könnten die Investitionskosten im Szenario des schnellen Wachstums von 400 Euro pro Kilowatt im Jahr 2020 auf 230 Euro im Jahr 2030 und 60 Euro im Jahr 2050 sinken, so die Forscher. Im Basis-Wachstumsszenario gehen sie auf 260 Euro pro Kilowatt im Jahr 2030 und 80 Euro im Jahr 2050 zurück, in einem langsamen Wachstumsszenario auf 280 Euro pro Kilowatt in 2030 und 130 Euro im Jahr 2050.

„Als Stand der Technik für alkalische Elektrolyseure wird ein Wirkungsgrad von 67 Prozent angegeben, von dem hier angenommen wird, dass er bis 2050 um 0,3 Prozentpunkte pro Jahr auf 76 Prozent steigt“, so die Autoren weiter. „Die Katalysatorenkosten werden nicht als kritisch angesehen, da Nickel der häufigste Elektrokatalysator in der alkalischen Wasserelektrolyse ist.“

Gestehungskosten

Bei der Berechnung der Gestehungskosten ging das Forschungsteam davon aus, dass eine Photovoltaik-Anlage im Verhältnis zur Eingangsleistung des Elektrolyseurs mit einem Verhältnis von 1,33 überdimensioniert ist. Bei dieser Konfiguration kommen die Elektrolyseure auf 33 Prozent mehr Volllaststunden im Vergleich zum Photovoltaik-Ertrag an jedem Standort. Für den Ertrag wird eine Degradation von zwei Prozent im ersten Jahr und eine jährliche Degradation von 0,5 Prozent in der Folge veranschlagt. Für den Elektrolyseur nehmen die Forscher eine jährliche Effizienzdegradation zwischen 0,10 und 1,50 Prozent an.

Den Wissenschaftlern zufolge sind die derzeitigen Gestehungskosten von Photovoltaik-Wasserstoff in der chilenischem Atacama-Wüste – die Region mit der höchsten Sonneneinstrahlung der Welt – mit 0,031 Euro pro Kilowattstunde am niedrigsten und in Helsinki, der Region mit der geringsten Sonneneinstrahlung unter den ausgewählten Standorten, mit 0,081 Euro pro Kilowattstunde am höchsten. „Bis 2030 werden die Gestehungskosten um etwa 33 Prozent und bis 2050 um 67 Prozent sinken“, betonen sie. „Es ist bemerkenswert, dass die Kosten für Solarstrom bereits etwa 63 Prozent der Gestehungskosten betragen und bis 2050 auf etwa 74 Prozent ansteigen werden. Dies deutet darauf hin, dass die Investitionskosten für Elektrolyseure bei der künftigen Entwicklung der Gestehungskosten keine große Rolle spielen werden“.

Nach Angaben der Forscher werden die LC Gestehungskosten bis 2030 auf 0,020 bis 0,054 Euro pro Kilowattstunde oder 0,7 bis 1,8 Euro pro Kilogramm und bis 2050 auf 0,010 bis 0,027 Euro pro Kilowattstunde oder 0,3 bis 0,9 Euro pro Kilogramm sinken. „Bereits in diesem Jahrzehnt wird Solarwasserstoff im Vergleich zu Wasserstoff, der aus Erdgas mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung hergestellt wird, weltweit günstiger sein“, so die Schlussfolgerung. „Die besten Solarstandorte der Welt erreichen schon heute die volle Wettbewerbsfähigkeit gegenüber fossilem Wasserstoff auf Methanbasis, auch ohne fossile Kohlenstoffabscheidung“, fügte Breyer hinzu. „Die Zeit der Schönfärberei und des Greenwashing ist vorbei. Die großen Industriebranchen wie die Stahlindustrie, die chemische Industrie, die Seeschifffahrt und die Luftfahrt müssen echte Umstellungsstrategien entwickeln, um auf den massiven Druck der Politik und der Investoren zu reagieren.“

Das Forscherteam hat seine Ergebnisse und die dazugehörige Methodik im Artikel „The True Cost of Solar Hydrogen“ beschrieben, der in der Zeitschrift RRL Solar veröffentlicht wurde. Die Gruppe besteht aus Wissenschaftlern der LUT, der baskischen Forschungs- und Technologieallianz (BRTA) in Spanien, dem italienischen Forschungsinstitut Eurac, der Gemeinsamen Forschungsstelle (GFS) der Europäischen Kommission und dem Becquerel-Institut in Belgien.

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