10.10.2022

Emissionsbilanzierung: Wann zählt Wasserstoff als „grün“?

Wasserstoff wird in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten. Die Weichen für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft werden aktuell durch die Politik gestellt: So soll ein delegierter Rechtsakt auf EU-Ebene festlegen, wie Wasserstoff zu bilanzieren ist und bis zu welchem Emissionsgrenzwert dieser als klimaschonend, beziehungsweise „grün“, gilt. Die vorgeschlagene Methodik zur Emissionsbilanzierung von Wasserstoff folgt zwar einem Lebenszyklusgedanken, weicht aber von der etablierten Ökobilanz-Methodik (engl. Life Cycle Assessment – LCA) ab. Die Wahl der Bilanzierungsmethodik führt somit bei der Elektrolyse zu einer unterschiedlichen Bewertung der Klimawirkung von Wasserstoff. Dies hat insofern Praxisrelevanz, da die gewählte Bilanzierungsmethodik z. B. im Zuge der EU- Taxonomie entscheidend sein kann, um die in den Regularien vorgeschriebenen Grenzwerte einzuhalten.

In der seit 2018 in Kraft getretenen RED II wird in Artikel 25 auf den (Delegated Act, DA) zu gasförmigen und flüssigen Kraftstoffen nicht-biogenen Ursprungs verwiesen. Der erste Entwurf wurde im Mai 2022 vorgelegt, der u. a. auch eine Methodik zur Wasserstoffbilanzierung enthält. Die EU-Taxonomie verweist ebenfalls auf den DA. Dort wird ein fester Grenzwert für grünen Wasserstoff festgelegt, jedoch kann für die Methodik der Bilanzierung u. a. zwischen der Methodik gemäß DA und dem ganzheitlichen LCA Ansatz nach ISO 14040/44 bzw. 14067 (Konkretisierung für Carbon Footprint) gewählt werden. Im Folgenden werden daher die Unterschiede in der Emissionsbilanzierung zwischen der im Entwurf des DA vorgeschlagenen Methodik und einer klassischen LCA untersucht und abgeleitet, welche Auswirkung sich daraus für die Praxis ergeben.

Für den Vergleich wird Wasserstoff aus Elektrolyse mit verschiedenen Stromquellen bilanziert, denn im Falle der Elektrolyse ist die Stromquelle der wichtigste Einflussfaktor für die Klimawirkung des Wasserstoffs [1]. Abbildung 1 zeigt das Treibhauspotenzial (GWP 100a) in Kilogramm CO2-Äquivalenten pro Kilogramm produzierten Wasserstoffs. Da der Bau und die Entsorgung der Anlagen im DA nicht bilanziert sind, ist die Klimawirkung durchweg geringer als unter Anwendung einer vollständigen LCA. Es ist klar erkennbar, dass sogenannter gelber Wasserstoff, der mit dem deutschen Strommix in 2018 produziert wurde, den Grenzwert um ein Vielfaches übersteigt. Für die LCA wird der Emissionsfaktor des Strommixes inklusive Vorketten (538 g CO2/kWh) aus [2] verwendet, während im DA der im Annex vorgegebene Wert (446 g CO2/kWh) wird [3].

Vor allem bei erneuerbaren Energien zeigen sich die Unterschiede zwischen den beiden Bilanzierungsmethoden für Wasserstoff deutlich: Im DA verursacht Strom aus erneuerbaren Energien keine Klimawirkung, da die Anlagen nicht berücksichtigt werden. Daher ist die gesamte Klimawirkung des Wasserstoffs nahezu null. In einer vollständigen LCA werden jedoch auch die Ressourcen, die für den Anlagenbau benötigt werden, sowie das End-of-Life bilanziert. Die Ressourcenintensität, besonders von PV-Anlagen, führt daher zu einem wesentlich höheren CO2-Fußabdruck im Falle einer ganzheitlichen LCA-Betrachtung. Bedeutend ist, dass neben der Auswahl der Methodik auch die Wahl der Datengrundlage eine entscheidende Rolle spielt. Für PV-Anlagen in Deutschland zeigen aktuelle Daten aus [4] einen deutlichen Vorteil gegenüber generischen Daten der weitverbreiteten LCA-Datenbank ecoinvent 3.8 [5]. Es zeigt sich, dass die Einhaltung des im DA vorgegebenen Grenzwerts von den hinterlegten LCA-Daten abhängig ist. Somit kann es passieren, dass selbst mit reinem Solarstrom produzierter Wasserstoff nicht mehr als „grün“ gilt.

Abbildung 1:

Treibhauspotential von Wasserstoff, produziert durch Elektrolyse, mit unterschiedlichen Stromquellen und Bilanzierungsmethoden (LCA: Life Cycle Assessment; DA: Delegierter Rechtsakt) und unter Anwendung verschiedener Datenquellen für die Vorkettenemissionen von Solarstrom (ecoinvent 3.8 [5]; UBA: Umweltbundesamt 2021 [4])

Die Auswahl der Bilanzierungsmethoden in der EU-Taxonomie könnte die Wasserstoffbilanzierung in der Praxis vereinfachen, doch es bestehen weiterhin Herausforderungen. Grundsätzlich stellt die DA-Methodik zur Emissionsbilanzierung von Wasserstoff eine vereinfachte Methode im Vergleich zur LCA dar, da Anlagen nicht bilanziert werden müssen. Jedoch erschwert die Berücksichtigung von sogenannten „rigid inputs“ gemäß aktuellem DA-Entwurf die Bilanzierung. Hierbei handelt es sich um Eingangsmaterialien, deren Angebot sich nicht beliebig an eine steigende Nachfrage anpassen kann. In der aktuellen Analyse wurden diese „rigid inputs“ nicht berücksichtigt, da deren Bilanzierung im Entwurf noch Unklarheiten aufweist und, falls keine Änderungen mehr vorgenommen werden, die Komplexität der Methodik deutlich erhöht. Weiterhin ist die Wahlfreiheit zwischen verschiedenen Methodiken der Emissionsbilanzierung als kritisch einzustufen. Im Praxisfall ist eine Wasserstoffbilanzierung nach DA aus Herstellersicht einer LCA vorzuziehen, da diese zu einem geringeren CO2-Fußabdruck führt. Da jedoch nur ein Grenzwert vorgegeben ist, kann derselbe Wasserstoffherstellungsprozess in Abhängigkeit von der Methodik einmal als grün bilanziert werden und einmal das Nachhaltigkeitskriterium verfehlen.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass dies durchaus für die Praxis relevant ist: Denn auch wenn bei der Elektrolyse nur Strom aus Photovoltaik zum Einsatz kommt, wird der Grenzwert im Falle einer LCA mit Werten aus einer geläufigen Datenbank überschritten. Wird derselbe Prozess hingegen nach den Vorgaben des DA bilanziert, wird der Grenzwert eingehalten. Regulatorisch wird sich daher voraussichtlich die DA-Methodik zur Emissionsbilanzierung von Wasserstoff durchsetzen, obwohl in anderen Geschäftsbeziehungen eine Bilanzierung nach ISO-Norm Standard ist. Dies kann dazu führen, dass Unternehmen ein und dasselbe Produkt nach unterschiedlichen Methoden bilanzieren und dadurch zusätzlicher Aufwand entsteht.

Grundsätzlich lässt sich sagen, dass die Regulierung durch Vorgabe von Grenzwerten für die Klassifizierung von nachhaltigen Wirtschaftsaktivitäten eine wichtige Rolle für die Dekarbonisierung der Wirtschaft spielt. Dabei ist es wichtig, die Methodik der Emissionsbilanzierung für Akteure der Wirtschaft in der Praxis umsetzbar zu gestalten. Zusätzlich sollte jedoch gewährleistet sein, dass ein angesetzter Grenzwert auch immer zur gewählten Methodik der Emissionsbilanzierung passt, was z.B. im Falle der EU-Taxonomie durch die Wahlfreiheit nicht gegeben ist.

Diese Analyse ist im Rahmen des Transferforschungsprojekts Trans4ReaL (FKZ: 003EWT001A) entstanden, welches die Reallabore der Energiewende im Bereich Wasserstoff wissenschaftlich begleitet. Die Auswertung dient als Diskussionsgrundlage für die Emissionsbilanzierung von „grünem“ Wasserstoff.

Literatur

[1] FfE (2021). Ökobilanzen synthetischer Kraftstoffe – Methodikleitfaden
https://www.ffe.de/wp-content/uploads/2018/06/20210906_Methodikleitfaden_BEniVer.pdf.

[2] Umweltbundesamt (2022). Entwicklung der spezifischen Treibhausgas-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 – 2021 https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2022-04-13_cc_15-2022_strommix_2022_fin_bf.pdf.

[3] European Commission (2022). Delegated Act supplementing Directive (EU) 2018/2001 of the European Parliament and of the Council by establishing a minimum threshold for greenhouse gas emissions savings of recycled carbon fuels and by specifying a methodology for assessing greenhouse gas emissions savings from renewable liquid and gaseous transport fuels of non-biological origin and from recycled carbon fuels (Draft from May 2022)
https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12713-Renewable-energy-method-for-assessing-greenhouse-gas-emission-savings-for-certain-fuels_en.

[4] Umweltbundesamt (2021). Aktualisierung und Bewertung der Ökobilanzen von Windenergie- und Photovoltaikanlagen unter Berücksichtigung aktueller Technologieentwicklungen https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/5750/publikationen/2021-05-06_cc_35-2021_oekobilanzen_windenergie_photovoltaik.pdf.

[5] The ecoinvent Database, Version 3.8: www.ecoinvent.org; Zürich: ecoinvent, 2022.