Wasserstofferzeugung, -speicherung und -verteilung
Die Wasserelektrolyse wird allgemein als umweltfreundliche Zukunftstechnologie wahrgenommen. Nichtsdestotrotz gibt es immer wieder Vorbehalte von Anwohnern bei der Umsetzung von entsprechenden Projekten, die im Wesentlichen auf Befürchtungen bezüglich der Technologiesicherheit sowie möglichen Lärmbelastungen durch eine potenzielle Lastkraftwagen-Logistik begründet sind. Alternative Technologien, die auf fossilen Brennstoffen beruhen und gegebenenfalls CCS- oder CCU-Technologien müssen mit Vorbehalten rechnen.
Grundsätzlich ist die Forschung zur Elektrolyse noch nicht so weit fortgeschritten wie die Forschung zur Brennstoffzelle. Allerdings ist es den Instituten in Baden-Württemberg durchaus gelungen, auch im weltweiten Vergleich eine solide Wissensbasis aufzubauen.
Aus heutiger Einschätzung liegt der Forschungsbedarf jeweils auf der Weiterentwicklung der genannten Technologien: Die alkalische Technologie hat Potenzial für eine vereinfachte Verfahrenstechnik, wenn es gelingt alkalische Membrane einzusetzen anstatt von Lauge, die PEM-Elektrolyse zielt auf die Reduktion des Edelmetallgehalts, günstigere Materialien für die Porous Transport Layer und Bipolarplatten und die HT-Elektrolyse benötigt weitere Materialentwicklung zur Erhöhung von Lebensdauer und Kostensenkung.
Zum großskaligen Transport von Wasserstoff gibt es auch global gesehen noch wenig Forschung. Hier hat der Wissenschaftsstandort Baden-Württemberg sehr gute Möglichkeiten, die Felder zu besetzen und eine wissenschaftliche Führungsposition einzunehmen.
Die Wasserstofferzeugung ist die Voraussetzung für eine Wasserstoffwirtschaft. Daher wird die Technologie zukünftig sehr dynamisch an Bedeutung zunehmen. Leider kommen die heute marktdominierenden Systemanbieter nicht aus Baden-Württemberg (zum Beispiel AREVA: Frankreich, GP Joule: Schleswig-Holstein, Hydrogenics: Kanada, ITM: England, Siemens: Bayern). Trotzdem könnten sich Komponentenlieferanten aus Baden-Württemberg im globalen Wettbewerb durchsetzen (zum Beispiel FUMATECH) bzw. der Maschinen- und Anlagenbau qualifizieren.
Da die großskalige Wasserstoff-Erzeugung vermutlich global an Standorten mit hohen Volllaststunden aus Wind- und Sonnenenergie (Nordafrika, Australien, Chile) erfolgen wird, wird der zukünftige Markt für die Technologie aus Sicht Baden-Württembergs vorwiegend exportgetrieben sein. Umgekehrt gewinnt der Import von Wasserstoff nach Baden-Württemberg sehr an Bedeutung. Dementsprechend muss eine Wasserstoff-Logistik innerhalb von Baden-Württemberg aufgebaut werden, so dass importierter Wasserstoff für den lokalen Bedarf zur Verfügung gestellt wird.
Für die Wasserelektrolyse werden drei Technologien diskutiert: Die alkalische Elektrolyse ist heute marktführend, die PEM-Elektrolyse wird vor allem wegen ihrer dynamischen Betriebsweisen für den Einsatz in Kombination mit fluktuierenden, regenerativen Stromerzeugern vorgeschlagen und die Hochtemperatur-Elektrolyse befindet sich noch nicht im industriellen Einsatz, könnte jedoch Effizienzvorteile aufweisen, wenn Heißdampf zum Beispiel aus Industrieprozessen vorliegt.
Die Verteilung von Wasserstoff erfolgt heute noch in Form von Druckgas per LKW. Für zukünftig große Mengen an Wasserstoff, der gegebenenfalls über große Strecken transportiert werden muss (zum Beispiel vom Hafen Rotterdam nach Baden-Württemberg), werden sich langfristig Pipelines durchsetzen. Ergänzend wird jedoch auch ähnlich wie für Erdgas oder LPG der Transport über Binnenschiffe und Güterzüge notwendig und sinnvoll sein. Technologisch wird heute zusätzlich der Einsatz von Thermoölen (LOHC) diskutiert – das Potenzial hierfür ist jedoch noch umstritten.
Offene Fragen
- Wieviel Wasserstoff soll in Baden-Württemberg erzeugt werden?
- Wie hoch ist der Import-Bedarf von Wasserstoff?
- Wo kommt der zusätzliche Wasserstoff her?
- Wie bringen wir Wasserstoff nach Baden-Württemberg und zu den Verbrauchern?
- Wie kann der Aufbau eines Wasserstoff-Transport- und Verteilsystems aussehen?
- Welche Chancen sehen Sie für den Aufbau einer Elektrolyseindustrie in Baden-Württemberg?
- Wie soll eine solche Industrie zur Elektrolyse-Herstellung in Baden-Württemberg gestaltet werden? Haben wir die Akteure dafür?
- Wie sind die Interessen der verschiedenen Stakeholder?
- Welche Technologie-Ansätze sind interessant?
- Möchten Sie eine weitere offene Frage oder sonstige Hinweise einbringen?
Kommentare : zu Wasserstofferzeugung, -speicherung und -verteilung
Die Kommentierungsphase ist beendet. Vielen Dank für Ihre Kommentare!
Wo kommt der zusätzliche Wasserstoff her?
Der Großteil des Wasserstoffs wir importiert werden müssen. Länder mit großem Potential für erneuerbare Energien wie Wasserkraft, Wind- und Solarenergie werden für den Import interessant sein.
Wassersstoffbereitstellung und -verteilung
Abhängig vom EE-Ausbau in BW können sich erhebliche PtG-Erzeugungspotenziale ergeben. Diese werden aber eher in kleinere bis mittelgroße Anlagenkonzepte münden (1 - 25 MW). Weiterhin sollte auch das EE-Gas-Erzeugungspotenzial aus Biomasse (Biogas, SNG) berücksichtigt werden. Durch Kopplung mit PtG lassen sich hohe Energie- und
Abhängig vom EE-Ausbau in BW können sich erhebliche PtG-Erzeugungspotenziale ergeben. Diese werden aber eher in kleinere bis mittelgroße Anlagenkonzepte münden (1 - 25 MW). Weiterhin sollte auch das EE-Gas-Erzeugungspotenzial aus Biomasse (Biogas, SNG) berücksichtigt werden. Durch Kopplung mit PtG lassen sich hohe Energie- und Kohlenstoffausnutzungsgrade erzielen. Daher sollte verstärkt in die Weiterentwicklung dieser Verfahren investitiert werden (z.B. Demonstrationsanlage Biomassevergasung + PtG).
Da BW seinen Energiebedarf nicht selbst decken kann, ist auch die nationale und internationale Beschaffung von EE-Gasen (EE-H2, EE-Methan) ein wichtiger Untersuchungsschwerpunkt. Hierfür bietet sich einerseits der Transport über das bestehende Ferngasleitungsnetz aber auch in verflüssigter Form (LH2, EE-LNG) über die Binnenschifffahrt und die Bahn an.
Die flächendeckend vorhandenen Erdgasverteilnetze müssen für die Zumischung von Wasserstoff ertüchtigt werden. Außerdem ist lokale Umstellung auf reine Wasserstoffnetze zu bewerten.
Bio-Methan vorrangig direkt verwenden
Die direkte Verwendung von Bio-Methan z.B. in CNG-Fahrzeugen sollte Vorrang vor der Umwandlung in E und H2 haben, da dann weniger Umwandlungsverluste entstehen. In diesem Sinne hat sich auch Herr Wochner vom Umweltministerium BW in den Smart-Grid-Gesprächen v. 14.10.20 geäußert. Vor allen Dingen ist die Tankstelleninfrastruktur für CNG schon heute
Die direkte Verwendung von Bio-Methan z.B. in CNG-Fahrzeugen sollte Vorrang vor der Umwandlung in E und H2 haben, da dann weniger Umwandlungsverluste entstehen. In diesem Sinne hat sich auch Herr Wochner vom Umweltministerium BW in den Smart-Grid-Gesprächen v. 14.10.20 geäußert.
Vor allen Dingen ist die Tankstelleninfrastruktur für CNG schon heute vorhanden und Bio-Methan (z.Zt. bereits 50%) kann direkt einen wesentlichen Beitrag zur CO2- und Schadstoffreduzierung leisten.
Genehmigung von H2-Erzeugungsanlagen
Die Genehmigungsverfahren für H2-Erzeugungsanlagen sollten standardisierbarer werden und in Leitfäden beschrieben werden, um ...
- gute Sicherheitsniveaus im Betrieb zu garantieren,
- Kosten bei der Planung zu reduzieren,
- die Umsetzung in der Breite zu beschleunigen.
Finanzierung von H2 Projekten
Für die Finanzierung von H2 Projekten (System aus Elektrolyseur, Verdichtung, Speicherung, Tankstelle) wäre eine (teilweise) Haftungsübernahme oder -freistellung über die Bürgschaftsbank Baden_Württemberg sehr hilfreich für KMUs oder eigens gegründete Beteibergesellschaften. Sonst wird es für Marktteilnehmer die nicht die öffentliche Hand oder
Für die Finanzierung von H2 Projekten (System aus Elektrolyseur, Verdichtung, Speicherung, Tankstelle) wäre eine (teilweise) Haftungsübernahme oder -freistellung über die Bürgschaftsbank Baden_Württemberg sehr hilfreich für KMUs oder eigens gegründete Beteibergesellschaften. Sonst wird es für Marktteilnehmer die nicht die öffentliche Hand oder einen finanzstarken Konzern im Rücken haben extrem schwierig eine Finanzierung des Projekts auf die Beine zu stellen.
Weiterbildung Projekt-Design und - auslegung
Neben Leitfäden zur Genehmigung (siehe auch Kommentar von Vorredner - wobei es diesen Leitfaden als Entwurf schon gibt) wäre eine Weiterbildung oder ein Kompendium mit Best Practice Beispielen und Lessons learned aus laufenden Projekten sehr hilfreich - muss ja nicht sein dass in vielen Projekten Fehler aus Pilotprojekten mangels Know How Transfer
Neben Leitfäden zur Genehmigung (siehe auch Kommentar von Vorredner - wobei es diesen Leitfaden als Entwurf schon gibt) wäre eine Weiterbildung oder ein Kompendium mit Best Practice Beispielen und Lessons learned aus laufenden Projekten sehr hilfreich - muss ja nicht sein dass in vielen Projekten Fehler aus Pilotprojekten mangels Know How Transfer wiederholt werden.
Chancen für eine Elektrolyseindustrie
Wie zuvor beschrieben rechnen wir mit einer sehr hohen Dynamik im Bereich der Wasserstoffwirtschaft. Gleiches gilt demzufolge aus unserer Sicht für die Chancen einer baden-württembergischen Elektrolyseindustrie. Dabei wird sich in Baden-Württemberg und Deutschland wie beschrieben vor allem eine Nachfrage nach kleinen bis mittelgroßen Anlagen (an
Wie zuvor beschrieben rechnen wir mit einer sehr hohen Dynamik im Bereich der Wasserstoffwirtschaft. Gleiches gilt demzufolge aus unserer Sicht für die Chancen einer baden-württembergischen Elektrolyseindustrie. Dabei wird sich in Baden-Württemberg und Deutschland wie beschrieben vor allem eine Nachfrage nach kleinen bis mittelgroßen Anlagen (an den Norddeutschen Küsten ggf. auch nach großen Anlagen) entwickeln.
Weitaus größeres Potential sehen wir jedoch spiegelbildlich zum europäischen und deutschen Import von Wasserstoff: Dieser setzt schlusslogisch eine großskalige Wasserstoff-Erzeugung im Ausland voraus. Hierfür wiederum bedarf es entsprechend großskaliger Elektrolyseure, deren Entwicklung, Weiterentwicklung und Export wir als große Chance für Baden-Württemberg einschätzen.
Aufbau eines Wasserstoff-Transport- und Verteilsystems
Sowohl aus ökologischen und volkswirtschaftlichen Gründen als auch mit Blick auf die gesellschaftliche Akzeptanz sehen wir eindeutige Vorteile einer leitungsgebundenen Infrastruktur. Wie zuvor beschrieben geht es dabei zunächst um den Aufbau einer europäischen und deutschen Wasserstoff-Backbone, die sich wiederum ihrerseits bedarfsgerecht weiter
Sowohl aus ökologischen und volkswirtschaftlichen Gründen als auch mit Blick auf die gesellschaftliche Akzeptanz sehen wir eindeutige Vorteile einer leitungsgebundenen Infrastruktur.
Wie zuvor beschrieben geht es dabei zunächst um den Aufbau einer europäischen und deutschen Wasserstoff-Backbone, die sich wiederum ihrerseits bedarfsgerecht weiter verzweigen ließe und zu großen Teilen aus umzustellenden oder nicht mehr genutzten Erdgasleitungen bestünde.
Sowohl aufgrund der besonderen Versorgungssituation in Baden-Württemberg als auch aufgrund langer Planungs- und Investitionszyklen kommt es dabei entscheidend auf einen zügigen, gesamtgesellschaftlich getragenen Markthochlauf sowie die zwingend notwendige, schnellstmögliche Aufnahme von Wasserstoff in die Erdgas-Regulierungs-Systematik an. Ohne intensive Bemühungen in beiden Bereichen läuft Baden-Württemberg Gefahr, im wahrsten Wortsinne den Anschluss zu verlieren - auch im Vergleich zu anderen Bundesländern.
Herkunft Wasserstoff
Wie u.a. bereits in der Nationalen Wasserstoffstrategie angedeutet und schon heute mit Blick auf andere Energieträger geübte Praxis wird es für den künftig notwendigen Import von Wasserstoff auf den Aufbau internationaler H2-Partnerschaften ankommen. Wir gehen davon aus, dass sich für den Handel mit Wasserstoff unterschiedlicher Herkunft ein
Wie u.a. bereits in der Nationalen Wasserstoffstrategie angedeutet und schon heute mit Blick auf andere Energieträger geübte Praxis wird es für den künftig notwendigen Import von Wasserstoff auf den Aufbau internationaler H2-Partnerschaften ankommen. Wir gehen davon aus, dass sich für den Handel mit Wasserstoff unterschiedlicher Herkunft ein internationaler Markt herausbilden wird. Erste Bemühungen zur Ansiedlung eines entsprechenden Handelsplatzes inkl. Denominierung in Euro laufen derzeit an. Entscheidend wird es hier u.a. auf eine nachvollziehbare Zertifizierung ankommen.
Vor diesem Hintergrund und entsprechend ihrer natürlichen Ressourcen wird Wasserstoff künftig von einer Vielzahl von Ländern großskalig produziert werden. So gehen wir beispielsweise davon aus, dass Länder wie Russland, die Niederlande bzw. Dänemark und Schweden die Erzeugung blauen und türkisen Wasserstoffes aufnehmen werden. Hingegen werden sich Länder und Regionen mit hohen Volllaststunden aus Wind- und Sonnenenergie (z.B. Südeuropa, Nordafrika, Australien oder Küstenregionen im In- und Ausland) effizient auf die Erzeugung grünen Wasserstoffes fokussieren.
Import-Bedarf von Wasserstoff
Vor dem Hintergrund der Klimaschutzziele auf Landes-, Bundes- und EU-Ebene ist es aus unserer Sicht unbedingt erforderlich, sowohl den Strom- als auch den Wärmemarkt in den Blick zu nehmen. In diesem Kontext ist die notwendige Dekarbonisierung aller Sektoren bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit durch den alleinigen Einsatz
Vor dem Hintergrund der Klimaschutzziele auf Landes-, Bundes- und EU-Ebene ist es aus unserer Sicht unbedingt erforderlich, sowohl den Strom- als auch den Wärmemarkt in den Blick zu nehmen. In diesem Kontext ist die notwendige Dekarbonisierung aller Sektoren bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit durch den alleinigen Einsatz erneuerbarer Energien in Stromform weder möglich noch volkswirtschaftlich erstrebenswert. Zudem sehen wir die Verfügbarkeit von Wasserstoff als essentielle Voraussetzung für die Entstehung einer Wasserstoffwirtschaft in Baden-Württemberg.
Daher rechnen wir künftig mit einem massiven Wasserstoff-Import-Bedarf für Baden-Württemberg.
Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung geht für das Jahr 2030 einschließlich der Stahlindustrie und der Raffinerien von einem gesamtdeutschen Wasserstoffbedarf von 90 bis 110 TWh aus. Im selben Jahr werden demgegenüber Erzeugungskapazitäten von 14 TWh grünen Wasserstoff anvisiert. Aufgrund der besonderen Senken-Situation in Baden-Württemberg erwarten wir, unabhängig von der tatsächlichen absoluten Größenordnung, eine weitaus größere relative Importnotwendigkeit.
Darüber hinaus gehen wir von weiter signifikant wachsenden Bedarfen in den Jahren 2030 bis 2050 aus.