11 Minuten Lesezeit 18 Mai 2021

            Ing-Lagertanks am Straßenrand

Warum Wasserstoff bei den erneuerbaren Energien weltweit auf dem Vormarsch ist

Von David Roxby

EY-Parthenon UK&I Energy Sector Lead; Associate Partner, Strategy and Transactions, Ernst & Young LLP

Trusted management advisor. Energy industry specialist. Committed to better outcomes. Father, cyclist, and believer in technology, business and people to make a difference.

Lokaler Ansprechpartner

Leiter Energy & Resources, Strategy and Transactions | Deutschland

Ist seit mehr als 20 Jahren als Berater und Gutachter im internationalen, nationalen und kommunalen Umfeld tätig und dabei stets mit Herz bei der Sache.

11 Minuten Lesezeit 18 Mai 2021

RECAI 57: Wir untersuchen Initiativen in verschiedenen Regionen, um herauszufinden, wie kohlenstoffarmer Wasserstoff bei der Verfolgung der Netto-null-Ziele eingesetzt werden kann.

Dieser Artikel ist Teil der 57. Ausgabe des Renewable Energy Country Attractiveness Index (RECAI).

Überblick
  • Grüner Wasserstoff wird von Investoren, Entwicklern und Politikern als ein Mittel zur Erreichung der Netto-null-Ziele gesehen.
  • Mit seinem riesigen Binnenmarkt, den großen staatlichen Unternehmen und den reichlich vorhandenen erneuerbaren Ressourcen könnte China eine Grüner-Wasserstoff-Supermacht werden.
  • Der Markt für grünen Wasserstoff öffnet sich, aber die Kostenwettbewerbsfähigkeit bleibt ein Hindernis für die Ausweitung der Produktion.

Grüner Wasserstoff stößt derzeit bei Investoren, Entwicklern und Politikern auf enormes Interesse, um die Netto-null-Ziele zu erreichen. Als Teil der Bemühungen und um die wirtschaftliche Erholung von der COVID-19-Pandemie zu unterstützen, weisen die politischen Entscheidungsträger der Energiewende eine größere Rolle zu.

Wasserstoff verfügt bereits einen großen Kundenstamm in einigen der – hinsichtlich der CO2-Emissionen – umweltschädlichsten Industriezweige, die zukünftig technologische Lösungen finden müssen, um ihren Fußabdruck zu reduzieren und die Wahrnehmung ihrer Investoren in Bezug auf ihre Umwelt-, Sozial- und Governance-Belange (ESG) zu verbessern. Wasserstoff gewinnt auch zunehmend für Länder und Regionen an Bedeutung, die nach Energieunabhängigkeit streben, da wirtschaftliche Aspekte die lokale Produktion von Wasserstoff begünstigen.

Das Potenzial von grünem Wasserstoff zur Dekarbonisierung der Transport-, Heizungs- und Schwerindustrie könnte zu einem Paradigmenwechsel und somit zu einem Übergang in eine klimafreundliche Wirtschaft führen, während es gleichzeitig mehr Spielraum in der Langzeitspeicherung bietet als die Nutzung von Batteriespeichern. Erste Projekte finden bereits statt. Die 57. Ausgabe des Renewable Energy Country Attractiveness Index (RECAI) zeigt, dass die Wasserstoffindustrie im vergangenen Jahr trotz aller Herausforderungen ein rasantes Wachstum verzeichnen konnte. 50 GW wurden im Rahmen von Projekten zur Ökowasserstoff-Elektrolyse aus einer aktuellen globalen Gesamtsumme von 80 GW angekündigt, da immer mehr Länder und Regionen ehrgeizige Strategien für sauberen Wasserstoff aufzeigen, die sie bei der Dekarbonisierung unterstützen können. Da viele der Projekte im Gigawatt-Maßstab angesiedelt sind, besteht die Hoffnung, dass ihre immense Größe die Kosten für grünen Wasserstoff durch Skaleneffekte schnell senken wird. BloombergNEF prognostiziert, dass diese erneuerbare Energiequelle mit einer Investition von 11.000 US-Dollar bis 2050 bis zu einem Viertel des weltweiten Energiebedarfs decken und bis zu einem Drittel der globalen Emissionen eliminieren könnte.

Grüner Wasserstoff steht immer noch vor einer Reihe von Herausforderungen wie z. B. Kosten, Ausbau der erneuerbaren Energien und der Elektrolyseur-Kapazitäten, Sicherung von Abnahmeverträgen und die Notwendigkeit eines anpassungsfähigen regulatorischen Rahmens. Im RECAI 56 haben wir diese Herausforderungen eingehend untersucht. Dieser Artikel befasst sich mit Fallstudien aus Europa und Asien, die aufzeigen, wie Projekte und Initiativen die wirtschaftlichen und technischen Hindernisse überwinden, um die Nachfrage in die Realität umzusetzen.

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Schritt 1

Fallstudie: Ein kombinierter Ansatz zur Dekarbonisierung des Heizens in Europa

Modernste Lösungen mischen Wasserstoff und Erdgas, aber die Produktionseffizienz muss noch verbessert werden.

Der Europäische Green Deal hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2050 keine Treibhausgasemissionen mehr zu verursachen. Da Heizen und Kühlen fast 40 % des Energiebedarfs in der EU ausmachen, wächst der Druck auf die EU, signifikante Schritte nach vorn zu machen.

Erneuerbare Brennstoffe wie mit Wasserstoff gemischtes Methan könnten eine kohlenstoffarme Lösung bieten, die gleichzeitig Wärme und Strom liefert. Aber Wasserstoff ist kostspielig. Innovation und technologische Weiterentwicklung sind notwendig, um die Produktionseffizienz zu verbessern.

Ein Unternehmen, das bei der Beimischung von Wasserstoff eine Vorreiterrolle spielt, ist das italienische Energieinfrastrukturunternehmen Snam. Im April 2019 war es der erste Gasfernleitungsnetzbetreiber (TSO) in Europa, der eine Mischung aus 5 % Wasserstoff nach Volumen und Erdgas in sein Fernleitungsnetz einführte. Im Dezember 2019 verdoppelte er den Volumenanteil von Wasserstoff auf 10 % bei einem Versuch mit seinem Erdgasfernleitungsnetz in Salerno.

Eine Beimischung von 10 % Wasserstoff zum gesamten jährlich transportierten Gas von Snam würde dazu führen, dass jährlich 7 Milliarden Kubikmeter H2NG (Wasserstoff-Erdgas-Gemisch) in das Netz eingespeist werden. Das reicht aus, um 3 Millionen Haushalte zu beheizen, und würde die Kohlendioxid-Emissionen um 5 Millionen Tonnen reduzieren.

Derzeit wird in Europa bei weitem nicht genug sauberer Wasserstoff produziert, um einen solchen Anteil am Gesamtenergieverbrauch zu erreichen. Die im vergangenen Juli gestartete Wasserstoffstrategie der Europäischen Kommission mit dem Ziel von 10 Millionen Tonnen Wasserstoff bis zum Jahr 2030 liefert jedoch einen Fahrplan für mögliche Regelungen, die den Einsatz erneuerbaren Wasserstoffs als Kraftstoff, der durch bestehende Erdgasnetze transportiert wird, erhöhen könnten.

In Großbritannien, wo das Heizen die größte Quelle für Kohlenstoffemissionen ist, befinden sich bahnbrechende Versuche mit wasserstoffbetriebenen Heizsystemen in einem frühen Stadium. Nach der Ankündigung eines 10-Punkte-Plans für eine grüne industrielle Revolution durch die Regierung im vergangenen Dezember haben alle Eigentümer der britischen Gasnetzbetreiber - Cadent, National Grid, Northern Gas Networks, SGN und Wales & West Utilities – Pläne vorgestellt, wie sie von Erdgas auf die Lieferung von Wasserstoff umsteigen wollen.

Es werden Machbarkeitsstudien benötigt, denn grüner Wasserstoff und Methan sind völlig unterschiedlich und Wasserstoff ist viel anspruchsvoller in Bezug auf die Qualität der Pipeline und der Kompressoren
Giacomo Chiavari
EY-Parthenon Italy Strategy Leader

Um die Bestrebungen in die Praxis umzusetzen, werden mehr als 650 Haushalte und gewerbliche Gebäude in der Kleinstadt Winlaton in Gateshead, Tyne and Wear über einen Zeitraum von 10 Monaten ein Erdgasgemisch mit bis zu 20 % Wasserstoff testen. Die britische Regierung plant, bis zu 500 Mio. £ (695 Mio. US-$) zu investieren, um im Jahr 2023 eine Wasserstoffsiedlung, im Jahr 2025 ein Wasserstoffdorf und vor 2030 eine vollständig mit Wasserstoff betriebene Stadt zu schaffen.

„Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass die Beimischung von grünem Wasserstoff zu Methan nicht linear stattfinden wird“, warnt Giacomo Chiavari, Strategy Leader bei EY-Parthenon Italien, EY Advisory S.p.A. „Da die beiden Gase äußerst unterschiedliche Charakteristika aufweisen, werden Machbarkeitsstudien erforderlich sein, denn Wasserstoff ist in Bezug auf die Standards, die Pipeline und Kompressoren erfüllen müssen, um einiges anspruchsvoller. Darüber hinaus müssten die Verbrauchsstellen jedes Mal, sobald sich der Energiemix ändert, parallel angepasst und weiterentwickelt werden. Eine massive Umstellung des Netzwerks von Methan hin zu Wasserstoff wird viele technologische Hindernisse überwinden müssen.

„Pragmatisch betrachtet könnte eine lokalisierte Erzeugung von Wasserstoff in der Nähe des größten Verbrauchspunktes eine Lösung sein, um die Verteilung zu vereinfachen.“

Grüner Wasserstoff bietet ein enormes Potenzial als Wegbereiter für die Dekarbonisierung des Energieverbrauchs in Europa. Angesichts der enormen Herausforderung – und der Tatsache, dass die Technologie noch im Anfangsstadium steckt – ist es jedoch unwahrscheinlich, dass grüner Wasserstoff eine kurzfristige Wunderwaffe wird – es sei denn, Anreizsysteme füllen die Rentabilitätslücke der Technologie.

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Schritt 2

Fallstudie: Wie China eine grüne Wasserstoffrevolution vorantreiben könnte

Der größte Wasserstoffproduzent der Welt spielt eine Schlüsselrolle bei der globalen Entwicklung der Technologie.

Während grüner Wasserstoff kurz vor dem Durchbruch steht, müssen sowohl die Nachfrage als auch die Angebotsseite stärker unterstützt und die Produktionskosten gesenkt werden. Derzeit richten sich alle Augen auf China. Der riesige Binnenmarkt des Landes, große staatliche Unternehmen, angesehene Forschungseinrichtungen und die reichlich vorhandenen erneuerbaren Ressourcen geben dem Land die notwendigen Bausteine, um eine Grüner-Wasserstoff-Supermacht zu werden.

China ist bereits der größte Wasserstoffproduzent der Welt, obwohl ein Großteil dieser Produktion aus fossilen Brennstoffen stammt. Mit dem Versprechen der Nation, bis zum Jahr 2060 einen Netto-null-Verbrauch zu erreichen, wird erwartet, dass grüner Wasserstoff eine integrale Rolle bei der Umstellung spielen wird. Die China Hydrogen Alliance prognostiziert, dass Wasserstoff 20 % des Energiemixes der Nation ausmachen wird.

Wenn China seine hochgesteckten Ziele für erneuerbaren Wasserstoff erreichen will, ist ein koordinierter Ansatz für das Land unerlässlich, um seine Größenvorteile zu nutzen und Zusammenarbeit in der Branche zu fördern, die für eine aufstrebende Technologie von größter Bedeutung ist. 2018 von der National Energy Group gegründet, dient die China Hydrogen Alliance als Bindeglied zwischen den Hauptakteuren. Sie ist zudem ein Katalysator für Maßnahmen zur Behebung technologischer Schwachstellen in der Wertschöpfungskette.

Mit mehr als 100 Mitgliedern hat die Allianz eine „Wasserstoff-Gemeinschaft“ etabliert und spielt eine vielfältige Rolle in der Entwicklung von erneuerbarem Wasserstoff, indem sie Innovationen vorantreibt, Produktion und Zusammenarbeit ermöglicht und somit den Fortschritt des Sektors aufzeigt.

Diese Allianz hat Think Tanks gegründet, fördert die Forschungszusammenarbeit zwischen Industrie und Universitäten, hat mit dem Aufbau einer Big-Data-Plattform begonnen, die Herstellung und den Transport von Ausrüstungen und Basismaterialien für Großunternehmen initiiert, einen technische Fahrplan für eine Wasserstoff-Energiestrategie erstellt und den Standard für grünen Wasserstoff in China definiert. Darüber hinaus wird die Einrichtung eines Innovationszentrums für grünen Wasserstoff geprüft.

Die China Hydrogen Alliance dient als Bindeglied zwischen den Hauptakteuren dieser aufstrebenden Industrie und ist ein Katalysator, um technologische Lücken in der Wertschöpfungskette zu schließen. Sie spielt eine vielseitige Rolle in der Entwicklung von erneuerbarem Wasserstoff, indem sie Innovationen vorantreibt, Produktion und Zusammenarbeit ermöglicht und einen Weg für den Fortschritt der Branche aufzeigt.

Da die China Hydrogen Alliance die Zusammenarbeit auf Branchenebene vorantreibt, hat der Sektor politische Unterstützung erhalten, insbesondere in Bezug auf die Wertschöpfungskette von wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenfahrzeugen. Eine Handvoll Städte und sog. Städte-Cluster wurden als Demonstrationsstädte für Brennstoffzellenfahrzeuge ausgewählt, wobei jeder Verbund im Rahmen eines Anreizsystems bis zu 2 Mrd. ¥ (308 Mio. US-$) erhalten kann. Dies hängt davon ab, wie erfolgreich sie bei der Erfüllung von Zielvorgaben sind. Darunter fällt z. B. eine Mindestreichweite der Fahrzeuge, die Platzierung von mindestens 1.000 Fahrzeugen im Städteverbund und von technischen Parametern zur Leistung und Leistungsdichte von Brennstoffzellen. Zusätzlich stehen ¥200 Mio. (30 Mio. US-$) für jedes Städte-Cluster zur Verfügung, um die Ziele für die Betankungsinfrastruktur – etwa die Bereitstellung von mindestens 5.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr – und eine Reduzierung der Kosten für Wasserstoff an der Zapfsäule auf unter 35 ¥/kg (5,3 US-$/kg) zu erreichen. Insgesamt beläuft sich die geschätzte Unterstützung für das Programm auf fast 10 Mrd. ¥ (1,5 Mrd. US-$).

Während China die Produktion von erneuerbarem Wasserstoff vorantreibt, spielt es auch international eine Schlüsselrolle bei der Verbreitung von Wasserstoff. Die China Hydrogen Alliance hat die internationale Zusammenarbeit in diesem Sektor gepflegt und Workshops mit Japan, den USA und Europa veranstaltet. Mit Blick auf die Zukunft hat China – mit seinen enormen erneuerbaren Ressourcen, seinen Größenvorteilen und seinem wettbewerbsfähigen Arbeitsmarkt – alle Voraussetzungen, um ein wichtiger Exporteur von grünem Wasserstoff zu werden. Die Ausweitung der Produktion in den kommenden Jahren wird zu einer größeren Arbeitsteilung führen, die Spezialisierung der Produktion fördern und die Arbeitsleistung und Produktionseffizienz verbessern. Das letzte Puzzleteil wäre jedoch ein Durchbruch bei der Wasserstoffspeicherung und Transporttechnologie im großen Maßstab und über lange Strecken.

Weiterhin sind technologische Innovationen nötig, um grünen Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen; China befindet sich bereits auf dem sehr guten Weg. Das Land ist schon heute der weltweit größte Produzent von Solar- und Windenergie. Wenn es seinen Vorsprung bei der Produktion von grünem Wasserstoff ausbauen kann, wird die Nation die globalen Lieferketten und Technologien für erneuerbare Energien dominieren.

Fazit

Grüner Wasserstoff wird als Wegbereiter für den kohlenstoffarmen Übergang gesehen. Mit den richtigen Investitionen könnte er bis zum Jahr 2050 bis zu einem Viertel des weltweiten Energiebedarfs decken und bis zu einem Drittel der globalen Emissionen eliminieren. Projekte und Initiativen in China und Italien bieten eine kleine Momentaufnahme, wie in verschiedenen Teilen der Welt daran gearbeitet wird, technische, wirtschaftliche und politische Probleme zu überwinden und die Energiebilanz in Richtung der Netto-null-Ziele zu verschieben.

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Von David Roxby

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Ist seit mehr als 20 Jahren als Berater und Gutachter im internationalen, nationalen und kommunalen Umfeld tätig und dabei stets mit Herz bei der Sache.