Elektrolyse ist bei 70 Prozent Grünstrom im Netz wirtschaftlich

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Die Vorgabe, ab wann Wasserstoff als „grün“ gezählt wird, könnte zu hoch liegen und dem Hochlauf der Wasserstoff-Wirtschaft im Weg stehen. Das berechnete das Energieberatungsinstitut Novaro in einer Studie. Dabei kam auch heraus, dass heute verfügbare AEL-Elektrolyseure wirtschaftlich eingesetzt werden können.

Da Windkraft und Photovoltaik fluktuierend einspeisen, gibt es einen Zusammenhang zwischen der Verfügbarkeit von Grünstrom und den Betriebszeiten von Elektrolyseuren. Damit Wasserstoff „grün“ ist, dürfen die Elektrolyseure nur laufen, wenn der Grünstromanteil im Netz über einem gewissen Schwellenwert liegt.

Daraus leitet sich folgende Frage ab: ab welchem Anteil erneuerbare Energie und den damit verbundenen möglichen Betriebsstunden ist ein Einsatz von Wasserstoff wirtschaftlich. Als Annahme für den wirtschaftlichen Einsatz setzen die Autoren zwölf Cent pro Kilowattstunde Wasserstoff oder vier Euro pro Kilogramm Wasserstoff voraus.

Im Entwurf des „Wasserstoffbeschleunigungsgesetz“ der Bundesregierung wird ein Schwellenwert von 80 Prozent festgehalten. Das sei zu hoch, halten die Autoren fest. Das wirtschaftliche Optimum sei bei einer Schwelle von 70 Prozent erreicht. Nur bei so einer Schwelle ergeben sich wirtschaftliche Betriebsweisen für die Elektrolyseure.

Die Autoren der Studie schreiben, dass dieser Zusammenhang bisher nur unter pauschalen Annahmen berechnet wurde. Novaro habe in diesem Fall aber die realen Werte von Grünstrom und Börsenpreisen für jede Stunde von Juli 2023 bis Juni 2024 ermittelt. Derzeit liegen auf Jahresbasis die Anteile des Grünstroms bei 60 Prozent. Auf Stundenbasis gerechnet ergibt sich, dass im Betrachtungszeitraum an 1.854 Stunden der Grünstromanteil bei über 80 Prozent lag.

Stündlicher Anteil Grünstrom50 %60 %70 %80 %
Stunden pro Jahr5.2514.0512.9071.854
Strompreis Day-Ahead Euro pro Megawattstunde59,0450,7138,8626,37

 

Damit unter solchen Voraussetzungen Wasserstoff wirtschaftlich produziert werden kann, müssen die Kosten der Anlage bei unter 1000 Euro pro stündlicher Herstellungskapazität von Wasserstoff in Kilowattstunden liegen. Aktuell geht das nur mit alkalischen Elektrolyseuren (AEL). Diese seien nach Aussagen des Instituts jedoch ungeeignet, um entsprechend der Verfügbarkeit von Grünstrom gesteuert zu werden. Ihre Kosten betragen aktuell 750 Euro pro Kilowattstunde Wasserstoff pro Stunde. Deutlich besser geeignet wären dafür Proton-Austausch-Membran-Elektrolyseure (PEM). In diesen kommen aber teure Edelmetalle zum Einsatz, wodurch ihr Preis bei etwa 2000 Euro pro Kilowattstunde Wasserstoff pro Stunde liegt. Ein wirtschaftlicher Betrieb zu solchen Preisen ist nicht möglich. Die Autoren schätzen die Anion-Austausch-Membran-Elektrolyse (AEM) als Hoffnungsträger ein. Sie ist günstiger als die PEM-Technologie, aber dennoch regelbar. Derzeit liegen die Kosten bei etwa 1750 Euro pro Kilowattstunden Wasserstoff pro Stunde.

Die Autoren von Novaro nahmen die Kosten und führten unter der Annahme der verfügbaren Betriebsstunden im Jahr und einem Erlöspreis von zwölf Cent pro Kilowattstunde beziehungsweise vier Euro pro Kilogramm. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung durch.

Kosten Elektrolyseur: 750 Euro pro Kilowattstunde-Wasserstoff pro Stunde
Stündlicher Anteil Grünstrom in Prozent607080
Betriebsstunden pro Jahr4.0512.9071.854
Strompreis Euro pro Megawattstunde50,7138,8626,37
Amortisation in Jahren13,49,810,6
Rendite in Prozent0,83,62,8

 

Mit der verfügbaren AEL-Elektrolyse lässt sich bereits ein wirtschaftlicher Betrieb darstellen, wie die oben stehende Tabelle zeigt. Allerdings sei das Optimum eher bei 70 Prozent erneuerbarer Energien im Netz als Schwellenwert erreicht. Dann kostet der Strom im Schnitt 3,9 Cent pro Kilowattstunde und der Elektrolyseur könnte 2.900 Stunden im Jahr laufen. Steigen die Kosten für Elektrolyseure auf über 1000 Euro pro Kilowattstunde-Wasserstoff pro Stunde, werde die Rendite negativ.

Die Hürden in der 37. Bundesimmissionsschutzverordnung setzen die Latte für grünen Wasserstoff zu hoch, so das Fazit der Energieberater. So sollen mindestens 90 Prozent Grünstromanteil für Elektrolyseure während des Betriebs verfügbar sein. Mindestens für die Zeit des Hochlaufs ist der Wert für den Einsatz von Wasserstoff in der Industrie zu hoch angesetzt. Die Autoren sprechen sich daher für einen Wert von 70 Prozent Grünstromanteil und eine schrittweise Anhebung des Wertes bei fortschreitendem Ausbau erneuerbarer Energien aus.

Der Text wurde am 17.9. geändert, um den Namen der Energieberatungsagentur zu berichtigen. 

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