Wasserstofferzeugung

Trotz deutlicher Effizienzsteigerungen wird Baden-Württemberg als Industriestandort und Bundesland mit hoher Einwohnerzahl auf absehbare Zeit durch einen relativ hohen Energiebedarf gekennzeichnet sein. Als Energie-Senke sind wir dabei signifikant auf Importe angewiesen. Dabei stellen wir gegenwärtig eine weiter steigende Nachfrage nach Erdgas fest. Vor dem Hintergrund des beschlossenen Ausstieges aus der Kernenergie und Kohleverstromung rechnen wir mit einer weiter wachsenden Nachfragedynamik.

Auch mit Blick auf die derzeitige Erzeugung des Primärenergiebedarfes
Baden-Württembergs sowie den weiter nur moderaten Zubauten an EE-Kapazitäten sehen wir im Land langfristig Kapazitäten zur Erzeugung grünen Wasserstoffes auf lokaler Ebene und in sehr überschaubarem Volumen.
Wir gehen davon aus, dass wettbewerbsfähiger grüner Wasserstoff mittel- bis langfristig in den Küstenregionen bzw. im europäischen und nicht-europäischen Ausland erzeugt werden wird. Kurz- bis mittelfristig ließen sich signifikante Dekarbonisierungs-Effekte durch Import und Einsatz von blauem oder türkisem Wasserstoff in allen Sektoren realisieren.

Aufgrund von Wirkungsgraden bzw. damit einhergehender Kosteneffizienz wird wettbewerbsfähiger grüner Wasserstoff regelmäßig nicht dort produziert werden können, wo er letztlich zur Verwendung benötigt wird. Geopolitische Gegebenheiten und eine hinreichende Diversifikation sind hierbei zu erörtern.
Auch vor dem Hintergrund der zwingenden Sektor-Kopplung und notwendigen Entlastung der Übertragungsnetze sehen wir klare Vorteile von gasfernleitungsgebundenen Wasserstoff-Importen. Hierdurch könnten im Land bereits mittelfristig substanzielle Volumina von Wasserstoff bei relativ geringen Kosten zur Verfügung gestellt werden. Zudem entstünden hinreichende Speicherkapazitäten, um die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit zu vollenden.

Wasserstoff ist Teil der Energiewende und einer dekarbonisierten Wirtschaft, wenn es selbst dekarbonisiert ist. Obwohl die erneuerbaren Ressourcen – Sonne und Wind – schon zahlreich sind, wird die Nachfrage nach Ökostrom steigen und alle erneuerbaren Quellen werden benötigt. Sollte die Baden-Württemberg-Wasserstoffstrategie angesichts der geographischen Lage von dem Land – der Rhein und das hoch Wasserkraftpotentials - nicht eine Versorgung aus Wasserskraftwerken am Rhein berücksichtigen?


Wasserstoff wird erhebliche erneuerbare Stromerzeugungskapazitäten erfordern. Wird die Strategie einige der bestehenden Parks zur Erzeugung erneuerbarer Elektrizität (PV, Wind) für die Produktion von grünem Wasserstoff nutzen?
Wenn ja, wie viel und unter welchen Bedingungen?


Der Langstreckentransport von Wasserstoff ist bis heute keine bewährte Lösung, da eine Reihe von Fragen zur Effizienz, Sicherheit und den damit verbundenen Kosten unbeantwortet bleiben. Insofern erscheint eine möglichst verbrauchernahe Wasserstoffproduktion relevant.

Welches Entwicklungsmodell wird das Land für die Wasserstoffproduktion wählen? Werden die Subventionsmechanismen auf eine zentralisierte Produktion mit einer begrenzten Anzahl von Produktionsstandorten, sogar auf Wasserstoffimporte, oder eher auf ein dezentralisiertes Modell mit einer großen Anzahl kleinerer Standorte ausgerichtet sein?

Der Import von Wasserstoff ist einigermaßen widersinnig. Ein Transport per Trailer macht selbst aus grünem Wasserstoff ruckzuck braunen oder grauen Wasserstoff. Der Import könnte also allenfalls per Pipeline sinnvoll sein. Dann kommen, denke ich, nur die Nachbarländer in Frage. Inwieweit dort allerdings grün erzeugter Wasserstoff angeboten wird, entzieht sich meiner Kenntnis.

Bei allen Umsetzungskonzepten und Strategien sollte vor allem eine Frage im Vordergrund stehen: Was ist technisch und wirtschaftlich machbar, um schnellstmöglich eine regionale Wasserstoffwirtschaft aufzubauen? So ist beispielsweise eine ausschließliche Fokussierung auf „Grünen Wasserstoff“ gerade am Anfang des Aufbaus einer Wasserstoffwirtschaft eher hinderlich. Sogenannter „Blauer“ und „Türkiser Wasserstoff“ können wichtige Übergangslösungen darstellen, denn sie werden zwar aus fossilen Rohstoffen erzeugt, die entstehenden Schadstoffe gelangen jedoch nicht in die Umwelt, sondern werden langfristig gespeichert oder recycelt.

Grüner Strom ist z.zT. die Grundlage für die CO2-Bilanz vieler direkter und indirekter Anwendungen. Die Bahn fährt mit Öko-Strom, die Wärmepumpe nutzt ihn, die E-Mobilität genauso und künftig die H2-Produktion. Es ist schon in mehreren Beiträgen die Frage gestellt worden, wo der viele grüne Strom für viele expandierende Bereiche herkommen soll. Eine realistische Bilanz kann den grünen Strom nicht nur Anwendungen zuschreiben, die sich ihren Anteil bilanziell sichern. Auch der graue Strom muß zunächst grün werden, bevor alle Anwendungen, auch die H2-Produktion, sich in der Bilanz den grünen Strom voll anrechnen lassen können.

M. N. Fisch - EGSplan Stuttgart:
Grüner Wasserstoff - Erzeugung

Zur Erreichung der Klimaschutzziele in Europa sind zweifelsfrei große Mengen „Grünen“ Wasserstoffs mit Strom aus Solar- und Windenergie erforderlich. Wenn Klimaneutralität erreicht werden soll, muss der elektrische Strom zu fast 100% aus erneuerbaren Energiequellen bereitgestellt werden. Die benötige Kraftwerksleistung der Erneuerbaren mit aktuell ca. 108 GW (56 GW Wind- und 52 GW PV), muss bis 2050 um das 5-fache wachsen. Windenergieanlagen (ca. 250 GW) werden dann etwa zwei Drittel des regenerativen Stroms erzeugen. Der Ausbau der Photovoltaik auf bis zu 200 GW wird mit rd. einem Viertel zur Dekarbonisierung des Stroms beitragen. Notwendig ist ein jährlicher Zubau von durchschnittlich 10 bis 14 GW für Wind und Photovoltaik. Verglichen mit der in 2019 installierten Leistung von lediglich 2,5 GW sind erhebliche Anstrengungen erforderlich, um den Ausbau zu forcieren.

In Deutschland ist der Ausbau der PV- und Wind-Kraftwerksleistung auf 450 bis 500 GW kein Flächenproblem. Für PV-Anlagen sind ausreichend Dach- und Freiflächen vorhanden. 200 GW Photovoltaik würden lediglich 2 % der landwirtschaftlich genutzten Areale bedecken. Parallel mit dem Ausbau der Erneuerbaren und den damit einhergehenden hohen installierten (Spitzen-) Leistungen werden volatile Stromüberschüsse in den nächsten Jahrzehnten erheblich zunehmen. Die Umwandlung des Überangebots mittels Elektrolyse in „grünen“ Wasserstoff nach dem Prinzip Power-to-Gas wird somit zu einer Schlüsseltechnologie der Energiewende. Der Wasserstoff sollte meines Erachtens in der Nähe des Bedarfs produziert werden. Die Verteilung über LKW-Trailer hat ihre Grenzen, letztendlich transportiert ein 40 Tonnen Fahrzeug einige hundert kg Wasserstoff. Inwieweit es ökonomisch sinnvoll ist ein Wasserstoffnetz in Deutschland aufzubauen ist zu untersuchen. Den Wasserstoff in den sonnenreichen ariden Gebieten herzustellen erfordert große Wassermengen, die energieaufwändige Verflüssigung und Transport des Wasserstoffs und die geopolitische Abhängigkeit. Die entstehende Wärme (30 %) kann nicht genutzt werden. Die Ideen den Solarstrom über ein HGÜ-Netz nach Europa zu transportieren und daraus Wasserstoff für die Industrie und Verkehr zu produzieren erscheint sinnvoller. Ein weiterer Vorteil der in Deutschland lokal stattfindenden elektrolytischen Wasserstoff-Produktion ist, dass die beim Prozess entstehende Abwärme – dies sind rd. 30 % des eingesetzten Stroms - zur Wärmeversorgung von Gebäude und Quartieren genutzt werden kann. Die Effizienz des Systems steigt damit von rd. 60 % auf nahezu 90%.



Ein Effizienzgewinn der beim Ausbauziel „Grüner Wasserstoff“ ( > 50 GWel) bis 2050 ein Abwärme-Potenzial hat, die dem heutigen Fernwärmeaufkommen (ca. 100 TWh/a) entspricht. Dieses riesige Abwärme-Potenzial gilt es für den Wärmesektor „Gebäude und Quartiere“ zu nutzen. Ein erstes Projekt mit einem Elektrolyseur von 1 MWel wird im Klimaquartier der Neuen Weststadt Esslingen realisiert und geht Ende 2020 in Betrieb.



Bevor wir Wasserstoff-Anlagen im fernen sonnenreichen Gebieten bauen sollten wir diese in Deutschland (Windgebieten) und Südeuropa (Solargebieten) bauen. Im zweiten oder dritten Schritt dann die Syteme und Technologen exportieren!

Zur Frage von AchimD am 21.07. spätabends:

1) Die CO2-Bilanz bei gleichem Ausgangsstoff Biogas kann über die Wirkungsgradkette well-to wheel bewertet werden. Dampfreformierung in Wasserstoff +Brennstoffzellenfahrzeug schneidet dabei gegenüber einem Biomethan-Ottomotor ca. 25% besser ab. Wobei Biogas per-se CO2-arm ist.
2) NOx Emissionen sind bei der Dampfreformierung nahe 0, beim Brennstoffzellenfahrzeug sowieso. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe gibt es auch nicht.

Und dann ist ja noch der Megatrend Elektromobilität - aus meiner Sicht, muss die Wasserstoffroadmap dazu passen, bzw. diesen fördern!