Beitragsreihe Wasserstoff: Welchen Beitrag kann Wasserstoff zur Energiewende liefern?

Zuletzt aktualisiert am 15.09.2021

Spätestens seit der verabschiedeten nationalen Wasserstoffstrategie ist Wasserstoff in aller Munde. Auch an der FfE wird Forschung in Bezug auf den Beitrag von Wasserstoff im zukünftigen Energiesystem betrieben. In aktuellen Projekten liegt u. a. der Fokus auf der nachhaltigen Erzeugung, dem Transport und der Verwendung von Wasserstoff sowie übergeordneten Themen der Marktentwicklung und Geschäftsmodelle.

 

Übersicht über die Themen der Beitragsreihe Wasserstoff
 
[1]  Historie des Wasserstoffs als Energieträger
[2] Wie wird Wasserstoff produziert?
[3] Wo soll Wasserstoff verwendet werden?
[4] Wie wird Wasserstoff transportiert?
[5] Welchen Beitrag kann Wasserstoff zur Energiewende liefern?
[6] Übersicht aktueller Wasserstoffprojekte

 

Dieser Beitrag ist der fünfte einer Reihe von sechs Beiträgen, die in den letzten Wochen erschienen sind. In dieser Beitragsreihe werden die wichtigsten Aspekte zum Thema Wasserstoff kurz, verständlich und kompakt erläutert.
Der Beitrag beschäftigt sich mit der Rolle des Wasserstoffs im zukünftigen Energiesystem im Kontext ambitionierter Emissionsreduktionsziele. Dabei wird beleuchtet, welche Auswirkungen die Verwendung von Wasserstoff auf die Integration Erneuerbarer Energien und der Abkehr von fossilen Energieträgern haben kann. Dabei ist es aufgrund des hohen Grades an Vernetzung sinnvoll, die Fragestellungen auf europäischer Ebene zu adressieren.

Wasserstoff als saisonaler Energiespeicher

Wie bereits im dritten Beitrag der Reihe aufgegriffen, sind nicht alle Anwendungen in den Endenergiesektoren technisch elektrifizierbar. Weiter gibt es Anwendungen, bei denen es ökonomisch sinnvoll sein kann, Wasserstoff anstatt Strom zu verwenden. Somit benötigt eine tiefe Dekarbonisierung aller Sektoren auch den Energieträger Wasserstoff. Aber auch in der Energiebereitstellung kann die Umwandlung von Strom zu Wasserstoff in der Elektrolyse trotz der damit einhergehenden Verluste vorteilhaft sein. Das Projekt eXtremOS zeigt, dass Wasserstoff in einem zukunftsfähigen Energiesystem vor allem als saisonaler Speicher fungiert.

Abbildung 1: Wasserstoffbilanz aus dem Szenario solidEU des Projekts eXtremOS

 

So produzieren die für die Wintermonate zu installierenden Kapazitäten an Erneuerbaren Energien im Sommer mehr Strom als benötigt. Dieser Strom wird zu Wasserstoff umgewandelt und sobald nötig in den Sektoren Industrie und Verkehr eingesetzt. Es findet somit eine zeitliche Entkopplung zwischen Erzeugung und Verbrauch statt. Im Jahr 2050 wird im Szenario solidEU 1.085 TWh Wasserstoff produziert (zur Einordnung: der gesamte Endenergieverbrauch im Jahr 2017 in Europa war bei 13.682 TWh). Die benötigte Speicherkapazität zur Verschiebung der Wasserstoffproduktion beträgt 170 TWh.

Erneuerbare Energie und Wasserstoff passen sehr gut zusammen

Die Verwendung von grünem Wasserstoff als Endenergieträger sorgt aufgrund von Umwandlungsverlusten in der Elektrolyse für einen hohen Strombedarf. Deswegen bedeutet ein „Mehr an Wasserstoff“ auch immer ein „Mehr an Erneuerbaren Strom“. Die Analysen zeigen jedoch auch, dass diese Erneuerbaren Energien besser integriert und genutzt werden können und somit auch eine höhere Rentabilität aufweisen.

Dieser Effekt wird verstärkt für den Fall, dass Investitionskosten von Elektrolyseuren stärker sinken als angenommen. In diesem Fall wird v. a. in südlicheren Ländern (Frankreich, Italien, Spanien) mehr Photovoltaikanlagen zugebaut, um mit dem erzeugten Strom Wasserstoff herzustellen. Die niedrigeren Volllaststunden im Vergleich zur Windenergie wiegen mit niedrigeren Elektrolysekosten weniger schwer. Damit können die Elektrolyseure auch mit weniger Volllaststunden betrieben werden und einen noch stärkeren Fokus auf die Optimierung der Betriebskosten (bzw. Stromkosten) legen.

Abbildung 2: Stärkere Reduktion der Kosten von Elektrolyseuren im Szenario Lyze gegenüber solidEU

Die zusätzlichen Elektrolysekapazitäten, die aufgrund niedrigerer Elektrolysekosten gebaut werden, haben zwar geringere Volllaststunden, die Produktionsmenge an Wasserstoff bleibt jedoch nahezu gleich. Dadurch haben auch Technologien, die auf Basis von Wasserstoff weitere Produkte, so wie beispielsweise synthetische Kraftstoffe oder synthetisches Methan, produzieren haben höhere Volllaststunden und sind somit rentabler. In diesem Fall wird mehr synthetischer Kraftstoff und mehr synthetisches Gas produziert.

FitFor55 – für 2030 werden höhere installierte Elektrolyseur-Leistung benötigt

Die beiden gezeigten Szenarien erreichen jeweils eine Treibhausgasreduktion von 55 % bis 2030 im Vergleich zum Basisjahr 1990 und sind damit konsistent mit den Plänen der EU-Kommission. Jedoch sind die zu installierenden Kapazitäten an Elektrolyseuren in der EU mit 62 GW deutlich höher als das erklärte Ziel von 40 GW. In Deutschland verhält es sich ähnlich, im Szenario solidEU werden bis 2030 8 GW Elektrolyseurleistung gebaut. Das erklärte deutsche Ziel des nationalen Wasserstoffstrategie liegt bei 5 GW.

Zeitskalen im Auge behalten – Wasserstoff richtig einsetzen

Wasserstoff hat die Möglichkeit auch in den schwer zu dekarbonisierenden Anwendungen THG-Emissionen zu reduzieren. Diese Bereiche wie z. B. die Stahlindustrie müssen die Sicherheit haben, dass beim Umstieg auf Wasserstoff dieser auch vorhanden ist. Dass man dazu kurzfristig auf blauen Wasserstoff zurückgreifen muss, darf kein Hindernis sein, muss aber mit klaren Umstiegspfaden hin zu grünem Wasserstoff ergänzt werden. Zudem wird daraus ersichtlich, dass Wasserstoff kurz- bis mittelfristig noch begrenzt verfügbar sein wird. Dementsprechend bleibt es unerlässlich, die Wasserstoffanwendungen auf die Bereiche zu konzentrieren, die darauf angewiesen sind.

Das Projekt eXtremOS

Weitere Informationen zum Projekt eXtremOS sind unter www.ffe.de/xos zu finden. Zudem finden Sie alle Informationen zur Methodik wie zu den berechneten Szenarien unter extremos.ffe.de.

 

 

 

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