Wofür brauchen wir Wasserstoff?
Das nicht-fossile Energiesystem der Zukunft braucht grüne Elektronen, die durch Stromleitungen fließen und in Batteriespeichern für kurze Zeit gespeichert werden können. Aber zusätzlich sind auch grüne Moleküle notwendig, die große Energiemengen über sehr lange Zeiten speichern und transportieren können, und außerdem stoffliche Wertschöpfungsketten, z. B. in der chemie- oder der metallverarbeitenden Industrie, ermöglichen. Alle grünen Moleküle haben in irgendeiner Form mit grünem Wasserstoff zu tun. Entweder wird der Wasserstoff selbst verwendet oder sogenannte Wasserstoff-Derivate. Das sind energiereiche Verbindungen, die durch die Reaktion von Wasserstoff mit geeigneten Trägermolekülen entstehen. In Form von Wasserstoff-Derivaten wird der Wasserstoff leichter handhabbar, etwa in der bestehenden Infrastruktur für flüssige Kraftstoffe. Es gibt eine grobe Faustformel: Je langfristiger die Energiespeicherung und je größer der Energiebedarf einer Anwendung, desto mehr punkten Wasserstoff und seine Derivate.
Wo kommt Wassertoff her?
In Zukunft teilweise aus heimischer Produktion, größtenteils aber aus Importen. Die Wasserstoff-Strategie der Bundesregierung beziffert den Bedarf an klimafreundlichem Wasserstoff für 2030 mit 95 bis 130 Terawattstunden (TWh). Rund 28 TWh sollen 2030 aus deutscher Produktion stammen – drei Viertel müssten also importiert werden. Trotz der sehr strengen Regeln für grünen Wasserstoff soll sich dessen Anteil in den nächsten Jahren stark erhöhen. Laut Northwest European Hydrogen Monitor 2025 könnten bis 2030 rund 28 TWh grün sein, ein signifikanter Teil davon aus Importen. Um Wasserstoff als grün bezeichnen zu dürfen, reicht es übrigens nicht aus, Grünstrom in einem Elektrolyseur zu verwenden. Der Strom muss durch eine zusätzlich errichtete Erzeugungsanlage zur gleichen Stunde produziert worden sein.
Ist importierter Wasserstoff teurer?
Mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ist importierter Wasserstoff nicht teurer, sonst würde ihn niemand importieren wollen. Wir brauchen Importe, um unseren Bedarf zu decken, und gleichzeitig sehen wir ein Kostenpotenzial, günstigeren Wasserstoff über Importe zu erhalten. Die Kostenvorteile von importiertem Wasserstoff entstehen dadurch, dass flächenreiche Länder mit viel Sonnenschein und Wind deutlich günstiger erneuerbaren Strom produzieren können, als dies hier bei uns in NRW der Fall sein wird. An den besten Windstandorten der Welt erzeugt das gleiche Windrad rund zweimal mehr Strom als in NRW. Importierter Wasserstoff macht diesen Vorteil nutzbar. Höhere Energieausbeute pro installierter Anlage und niedrigere Installationskosten können also die Transportkosten perspektivisch mehr als ausgleichen. Ein Blick in die Geschichte zeigt: Deutschland hat immer mehr Energie verbraucht, als es selbst erzeugen konnte. Importe sind also kein Problem, sondern Tradition und außerdem Teil unserer Energiesicherheit. Transportierte Energiemoleküle sind gespeicherte Energie – d. h., sie stellen auch eine wichtige Absicherung gegen Dunkelflauten oder andere Störungen in der Energieversorgung dar.
Ist Wasserstoff konkurrenzfähig?
Wasserstoff ist konkurrenzfähig. Heute bereits in einer Vielzahl von Spezialanwendungen, in Zukunft ganz sicher in noch wesentlich breiterer Form, nämlich überall dort, wo Batterielösungen unhandlich und teuer sind. Außerdem natürlich dort, wo die stofflichen Eigenschaften des Wasserstoffs benötigt werden. Wir dürfen nicht vergessen: Wasserstoff-Technologien haben den Skalierungseffekt, der zu erheblicher Kostenreduktion und wesentlich schnellerer Technologieentwicklung führt, noch vor sich. Auch Solarpaneelen und Batterien waren vor ihrer industriellen Massenfertigung sehr teuer. Wir müssen also im Gegenteil aufpassen, dass der Markthochlauf nicht erst dann beginnt, wenn chinesische Anbieter deutlich günstigere Wasserstoff-Komponenten zu uns auf den Markt bringen. So war es bei der Photovoltaik- und in der Batterietechnologie: Und die Konsequenz ist, dass jetzt der ganz überwiegende Anteil an Batterien und Solarmodulen nicht in Deutschland gefertigt wird. Das sollte uns beim Thema Wasserstoff nicht wieder passieren.
Welche Anwendungen sind zuerst sinnvoll?
Sinnvoll ist alles, was sich zumindest perspektivisch rechnet, und zwar auch ohne dauerhafte Subventionen oder ausufernde Regulatorik. Diese einfache Sicht entspricht der Natur des Problems, das wir lösen wollen. Es geht um Klimaschutz, und der erfordert weltweite Veränderungen. Es ist eine Tatsache, dass die überzeugendste Motivation für Wandel von ökonomischen Vorteilen ausgeht. Ziel von Forschung und Entwicklung muss es also sein, nachhaltige Produkte und Technologien so gut und günstig zu machen, dass sie auch aus rein wirtschaftlicher Sicht attraktiv werden. Erst dann gibt es eine weltweite Nutzung und in der Folge maßgebliche Effekte für den Klimaschutz. Wie kommen wir da beim Thema Wasserstoff hin? Wir müssen mit den heutigen Technologien anfangen und zuerst die Anwendungen angehen, in denen wirtschaftliche Tragfähigkeit besteht oder wo die Lücke zwischen den aktuellen Kosten und dem ökonomischen Wert des Wasserstoff-Einsatzes besonders klein ist. In diesen Bereichen ist es am wahrscheinlichsten, dass mit den oben angesprochenen Skaleneffekten und den bereits erkennbaren technischen Innovationen schnell ein wirtschaftlicher Vorteil realisiert werden kann. Jede wirtschaftlich erfolgreiche Anwendung trägt zum Hochlauf bei, motiviert weitere Technologieentwicklungen, senkt Kosten und macht so zusätzliche Anwendungen wirtschaftlich. Wir sollten auf keinen Fall dort anfangen, wo eine wirtschaftliche Tragfähigkeit auf absehbare Zeit absolut nicht erkennbar ist.
Wo sind Fortschritte zu erwarten?
Prof. Peter Wasserscheid vergleicht viele Wasserstoff-Technologien heute mit dem Stand des Automobils im Jahr 1910 – die technischen Prinzipien sind gezeigt, aber die meisten Effekte einer Serienproduktion stehen noch aus. Die Dinge sind aber in Bewegung: Elektrolyseure und Brennstoffzellen werden effizienter. Neue Katalysatoren zur Wasserstoff-Erzeugung, -Speicherung und -Rückverstromung nutzen seltene Metalle viel sparsamer oder ersetzen sie durch günstigere Materialien. Auch die großtechnischen Prozesse zur Herstellung der Chemikalien und Wasserstoffspeicher Ammoniak und Methanol werden angepasst: Statt konstanter Erdgaszufuhr wird zukünftig grüner Wasserstoff genutzt, der je nach Wind- und Sonnenangebot zur Verfügung steht. Neue lastflexible Reaktoren können diesen Schwankungen folgen und so die Produktionskosten für grünen Ammoniak und Methanol senken.
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