Wissenschaftler warnen vor zu hohen Erwartungen

Bildtitel:




28. Februar 2023

Wissenschaftler warnen vor zu hohen Erwartungen

Nach einhelliger Meinung ist Wasserstoff mittlerweile ein neuer UniversalenergietrĂ€ger, der in Gasheizungen, Heizkraftwerken, Autos, Stahlwerken und der chemischen Industrie die bisher genutzten fossilen Energien ersetzen soll. Das sehen auch die Scientists for Future so. In einem jĂŒngst veröffentlichten Policy Paper bringen sie zum Ausdruck, dass Wasserstoff einerseits fĂŒr eine Energiewende unerlĂ€sslich ist, andererseits aber die H2-Nutzung technisch, wirtschaftlich und ökologisch in vielen Bereichen nicht sinnvoll ist. Hier die wichtigsten AbsĂ€tze dieses Papiers:

GrundsĂ€tzlich lĂ€sst sich Wasserstoff wie Erdgas in Pipelines oder Tankschiffen transportieren und in Tanks oder Kavernen speichern. Das suggeriert, dass grĂŒner, also elektrolytisch mit regenerativem Strom CO2-frei erzeugter Wasserstoff alle Aufgaben ĂŒbernehmen könnte, fĂŒr die wir heute fossile Rohstoffe wie Erdöl und – vor allem – Erdgas einsetzen. Doch das trĂŒgt, denn fĂŒr viele Zwecke ist der Einsatz von grĂŒnem Wasserstoff energetisch ineffizient und viel zu teuer. Letztlich werden wir grĂŒnen Wasserstoff nur da verwenden können, wo Erdgas und Erdöl nicht durch direkten Stromeinsatz ersetzt werden können oder wo Wasserstoff als Grundstoff dient, wie z. B. in der chemischen Industrie – oder bei der CO2-freien Stahlherstellung. [
]

In einigen Studien der Erdgasnetzbetreiber wird ein klarer Zweckoptimismus deutlich: Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW), der unter seinen Mitgliedern ĂŒber 2.000 Versorgungsunternehmen versammelt, geht nicht von einer Knappheit an Wasserstoff aus. In einer vom DVGW herausgegebenen Studie wird errechnet, dass dem hohen Bedarf eine genauso hohe VerfĂŒgbarkeit von mehr oder weniger klimafreundlichem Wasserstoff gegenĂŒbersteht (Gatzen & Reger, 2022). Dem liegt die nicht belegte Annahme einer Importquote von 90 %, also in der Höhe der heutigen Öl- und Gasimporte, zugrunde.

„FĂŒr die Energiewende wird es nicht ausreichen, lediglich einen Brennstoff durch einen anderen zu ersetzen. Die Energiewende erfordert unausweichlich die Abkehr von ĂŒberkommenen Technologien und Gewohnheiten.“

Diese optimistischen Annahmen zur VerfĂŒgbarkeit vor allem von Importen bilden dabei den Kern des Arguments, dass Wasserstoff sogar fĂŒr die WĂ€rmeversorgung zur VerfĂŒgung stehe: „Entgegen der hĂ€ufigen Annahme muss Wasserstoff keine Mangelware bleiben. Bereits ab dem Jahr 2030 kann der Bedarf an Wasserstoff mehr als gedeckt werden. Die Menge ĂŒbertrifft um ein Vielfaches alle gĂ€ngigen Nachfrageprognosen.“ (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., 2022, S. 5.) Diese beeindruckend optimistische Vermutung lĂ€sst sich weder technisch noch wissenschaftlich bestĂ€tigen. [
]

Bis grĂ¶ĂŸere Mengen importiert werden können, werden mindestens zehn Jahre vergehen. Und was bezĂŒglich des erhofften Wasserstoffimports oft verschwiegen wird, ist, dass der Transport so aufwĂ€ndig ist, dass importierter Wasserstoff ein Vielfaches des heutigen Erdgases oder Erdöls kosten wird. Dabei ist es egal, ob der Wasserstoff komprimiert, verflĂŒssigt oder chemisch gebunden transportiert wird.

Die Verwendung von Wasserstoff ist nur sinnvoll, wenn er mit erneuerbarem Strom hergestellt wird (grĂŒner Wasserstoff). Dies ist zukĂŒnftig auch die billigste Produktionsmethode. Aus Erdgas hergestellter Wasserstoff (grauer bzw. blauer Wasserstoff) und Wasserstoff aus Methanpyrolyse (tĂŒrkis) ist wegen der Nutzung von Erdgas sowie der Vorkettenemissionen von Methan nicht klimaneutral, und Atomenergie als Energiequelle der Elektrolyse birgt zu hohe Risiken und Langzeitfolgen, um damit umweltfreundlich Wasserstoff (pink bzw. rosa) herzustellen.

Betrachtung je nach Anwendungsbereich

In einigen Sektoren zeichnet sich die Notwendigkeit der Verwendung von Wasserstoff bereits ab. Dies betrifft z. B. die Eisen- und Stahlproduktion sowie die chemische Grundstoffindustrie und die Funktion von Wasserstoff als Energiespeicher. Raffinerien benötigen heute Wasserstoff fĂŒr einige Prozesse, wie z. B. zum Cracken von Erdöl bei der Herstellung von fossilen Kraftstoffen. Dieser Teil des heutigen Wasserstoffbedarfs wird zukĂŒnftig entfallen. In anderen Anwendungen konkurriert der Wasserstoff mit anderen guten Lösungen:

In Fahrzeugen, wie z. B. Pkw, ist der Elektroantrieb die effizienteste und praktischste Lösung. Der Antrieb mit Wasserstoff wurde daher von den Herstellern fĂŒr die Zukunft faktisch bereits aufgegeben (Clausen, 2022). Bei Lieferfahrzeugen, Stadtbussen sowie bei Eisenbahnen stellt sich die Situation Ă€hnlich dar. Selbst bei Langstrecken-Lkw weist das Fraunhofer-Institut fĂŒr System- und Innovationsforschung darauf hin, dass, falls 2027 die ersten Wasserstoff-Lkw verfĂŒgbar sind, bereits die batterieelektrischen Lkw der zweiten Generation auf den Straßen sein werden (Plötz, 2022). Das Zeitfenster fĂŒr die erfolgreiche MarkteinfĂŒhrung von Brennstoffzellen-Lkw wĂ€re damit faktisch geschlossen, und es gĂ€be fĂŒr H2-Lkw nur noch eine kleine Nische, nĂ€mlich den Transport schwerer Lasten in sehr entlegene Gebiete (Plötz, 2022).

Vergleichbar ist die Situation bei NahverkehrszĂŒgen. Durch fortschreitende Batterietechnik wĂ€re der Einsatz von WasserstoffzĂŒgen nur bei sehr langen Strecken ohne Nachlademöglichkeit als BrĂŒckenlösung so lange sinnvoll, bis die Strecken elektrifiziert oder BatteriezĂŒge mit hoher Reichweite verfĂŒgbar sind (VDE [Hrsg.], 2019, Soller, 2020). [
]

Ähnlich sieht es bei der Erzeugung von HeizwĂ€rme und Warmwasser aus. Zahlreiche Studien wissenschaftlicher Institute charakterisieren den Einsatz von Wasserstoff zum Heizen im Vergleich zur elektrischen WĂ€rmepumpe als teuer und ineffizient (fĂŒr einen Überblick s. Clausen 2022).

In der Schifffahrt stellt sich das Problem der Speicherung großer Energiemengen fĂŒr lange Nonstop-Fahrten. Hier könnte verflĂŒssigter Wasserstoff die effizienteste Lösung sein. KĂŒnstliche Treibstoffe (Power-to-Liquid), die auf Basis von grĂŒnem Wasserstoff hergestellt werden, sind in der Regel weniger effizient, da zur Erzeugung ein bzw. mehrere Umwandlungsprozesse nötig sind. Hier wird z. B. Ammoniak diskutiert, da es sehr viel einfacher gespeichert werden kann als Wasserstoff. Die Vorteile flĂŒssiger Treibstoffe in der Hochseeschifffahrt sind so erheblich, dass andere Antriebssysteme nur schwer vorstellbar sind. Auch werden bereits mit Ammoniak versorgte Brennstoffzellen in Schiffen erprobt (Fraunhofer IMM, 2021), was allerdings im Vergleich zum flĂŒssigen Wasserstoff energetisch weniger effizient ist. [
]

Einen Sonderfall stellt der „Traum vom klimaneutralen Fliegen“ (Bottler, 2021) dar, den uns die Luftfahrtbranche unter Verweis auf Sustainable Aviation Fuel (SAF) aus Wasserstoff verspricht. FĂŒr die Langstrecke ist heute kaum eine machbare Alternative zu fossilem Kerosin außer synthetischem Flugbenzin, ggf. auch biobasiert, bekannt. Aber auch die Verwendung von synthetischem Flugbenzin fĂŒhrt nur zu kleinen Klimaschutzeffekten von etwa 33 Prozent des Treibhausgaseffekts (vgl. Kap. 4). Es wird daher kaum ein Weg daran vorbeifĂŒhren, den Flugverkehr radikal einzuschrĂ€nken, zu elektrifizieren oder lange Zeit auf neue Erfindungen zu warten.

Keine zu großen Erwartungen wecken

Aktuell wird die kĂŒnftige Nutzung von Wasserstoff viel schneller organisiert als die Herstellung. Damit birgt der schnelle Einstieg in eine vielfĂ€ltige und intensive Nutzung von Wasserstoff die Gefahr in sich, einen ziemlich direkten Weg in Versorgungsunsicherheit, Verteilungskampf, Kannibalismus zwischen Nutzungen und hohen Preisen zu ebnen. Ein Effekt davon könnte sein, dass klimaschĂ€dliche fossile Brennstoffe lĂ€nger als notwendig benötigt wĂŒrden.

Eine weitere Gefahr besteht darin, dass EntscheidungstrĂ€ger und die breite Öffentlichkeit durch Mangel an Informationen oder aufgrund von Wunschdenken davon ausgehen, dass mit Wasserstoff als EnergietrĂ€ger vieles zu gewohnten Kosten beim Alten bleiben könne, wie z. B. Autofahren mit kĂŒnstlichem Benzin und die Gasheizung mit Wasserstoff im (aufwendig umgerĂŒsteten) Gasnetz. Das könnte dazu fĂŒhren, dass wir eine teure und ineffiziente Technologie einfĂŒhren, bloß weil sie einfach und gewohnt erscheint. So wĂŒrden wir uns auf ein teureres Energiesystem festlegen, statt direkt auf ein preiswerteres und flexibleres weitgehend elektrifiziertes System umzustellen (Zachmann et al., 2022).

Da die Herstellung und der Transport von Wasserstoff mit hohen energetischen Verlusten von mindestens einem Drittel des als PrimĂ€renergie eingesetzten grĂŒnen Stroms verbunden sind, benötigen wir fĂŒr eine „Wasserstoffwelt“ erhebliche zusĂ€tzliche Mengen an grĂŒnem Strom, also viel mehr Windkraftwerke, Photovoltaikanlagen und anderes. Aber schon heute ist nicht klar, wo diese Anlagen alle platziert werden sollen und wer sie mit welchem Material bauen soll.

Selbst wenn der Wirkungsgrad der Elektrolyse sich noch um einige Prozentpunkte steigern ließe, bliebe Wasserstoff ĂŒberall dort, wo es elektrische Alternativen gibt, eine ineffiziente und teure Lösung.

Beispiel

WĂŒrden wir in Europa die industrielle ProzesswĂ€rme nicht unter Verwendung von 900 TWh/a Strom elektrifizieren (Madeddu et al., 2020), sondern stattdessen Wasserstoff herstellen und zur WĂ€rmeversorgung verbrennen, so wĂŒrden fĂŒr dessen Produktion ca. 1.350 TWh/a grĂŒnen Stroms erforderlich sein. Das sind gegenĂŒber dem Weg einer radikalen Elektrifizierung ca. 450 TWh/a mehr und entspricht energetisch ungefĂ€hr dem heutigen Stromverbrauch von Großbritannien. Diesen zusĂ€tzlichen Energieverbrauch in Kauf zu nehmen, nur um ĂŒberbrachte Verfahrens- und Verhaltensweisen beizubehalten, ist ökonomisch wie energetisch nicht sinnvoll.

Fazit

Die Politik darf nicht unkritisch Wasserstofftechnologien fördern. Sie muss klar analysieren, in welchen Anwendungsfeldern Wasserstoff eine gute Lösung ist und in welchen es bessere, effizientere und langfristig kostengĂŒnstigere Technologien gibt. Mit dem klaren Fokus auf die Förderung von ElektromobilitĂ€t und WĂ€rmepumpen zeigt die Bundespolitik, dass sie dabei ist, diese wichtige Erkenntnis umzusetzen.

Literatur:

J. Clausen et al. (2022): „Wasserstoff ist unverzichtbar, aber keine Universallösung fĂŒr die Energiewende“, Policy Paper der Scientists for Future. https://info-de.scientists4future.org/wasserstoff-in-der-energiewende/

Autoren: Scientists for Future

Quellenangabe:
JCB erreicht H2-Meilenstein

JCB erreicht H2-Meilenstein

Der britische Land- und Baumaschinenhersteller JCB hat im MĂ€rz 2023 die Produktion seines fĂŒnfzigsten H2-Verbrennungsmotors...

mehr lesen

0 Kommentare

Einen Kommentar abschicken

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

preloader