Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

1 Einleitung: Rettet Wasserstoff das Klima?
Wsserstoffgewinnung 1

Teil 14 | Kosten der Wasserstofftechnologien

Die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit der Wasserstofftechnologien mit ihrer fossilen Konkurrenz ist noch eine große Herausforderung. Bei der Frage „Wann wird sich das lohnen?“ genügt es nicht, nur einen einzelnen Umwandlungsschritt zu betrachten. Vielmehr müssen ganze Pfade verglichen werden – von der regenerativen Stromerzeugung über die Elektrolyse bis zum Einsatz des Wasserstoffs.

Die Studie „Path to hydrogen competitiveness – A cost perspective“ des international besetzten Hydrogen Council vom Januar 2020 kommt zu dem Schluss: In vielen Anwendungsfeldern ist Wasserstoff näher an der Wirtschaftlichkeit, als man zunächst meinen könnte. Der erste große Schritt in Richtung grünen Wasserstoffs ist schon getan: Allein durch die gesunkenen Preise für Solar- und Windstrom wird grüner Wasserstoff rund 60 Prozent billiger. Dieser Trend wird sich fortsetzen. Eine ähnliche Kostenreduktion bei der Elektrolyse erwarten die Autoren durch einen starken Kapazitätsausbau in den kommenden Jahren. Welcher Teil der Wertschöpfungskette am relevantesten für die Kosten ist, unterscheidet sich je nach Anwendung. Im Mobilitätssektor ist es vor allem die Anschaffung des Wasserstofffahrzeuges, die ins Geld geht. Bei stationären Anwendungen macht das Gas selbst den bei weitem größten Teil der Kosten aus.

Die Autoren haben 40 Technologien in 35 Anwendungspfaden unter die Lupe genommen. Um sie mit den jeweiligen fossilen Pfaden zu vergleichen, haben sie einen CO2-Preis von 30 US-$ (2020) bis 50 US-$ (2030) unterstellt. Mit steigenden Klimaambitionen könnte dieser auch deutlich höher ausfallen. Auch andere klimafreundliche Alternativen wie batterieelektrische Fahrzeuge oder Wärmepumpen wurden einbezogen. Verglichen wurden jeweils die Total Costs of Ownership, also die Gesamtkosten von der Anschaffung über den Betrieb bis hin zur Entsorgung, anhand von Simulationen. Für 22 der 35 Anwendungen rechnen die Autoren damit, dass Wasserstoff noch vor 2030 die günstigste unter den klimafreundlichen Lösungen werden wird. Diese Rechnung geht freilich nur auf, wenn die angenommenen Skalierungsprognosen eintreten. Beispiele hierfür sind der Gütertransport auf der Straße über lange Strecken oder auch Reisebusse.

Insgesamt neun Technologien werden schon bei geringen CO2-Preisen voraussichtlich bis 2030 konkurrenzfähig sein. Diese decken sich teilweise mit den Einsatzzwecken, für die auch die meisten Klimaszenarien Wasserstoff vorsehen. Für den wettbewerbsfähigen Einsatz in Turbinen, als Industrierohstoff oder synthetischer Treibstoff für Flugzeuge ist laut der Studie dagegen mindestens ein CO2-Preis von 100 US-$ pro Tonne nötig.

Dort, wo Wasserstoff bereits heute stofflich eingesetzt wird (z. B. in der Methanolherstellung), ist der Ersatz von grauem durch grünen Wasserstoff praktisch die einzige Option zur Dekarbonisierung – von der Abscheidung und Einlagerung des CO2 (CCS) abgesehen. Ähnlich verhält es sich in der Stahlindustrie. Dort könnte Wasserstoff in Zukunft das Methan im Reduktionsprozess des Eisenerzes zu Eisen ersetzen. Auch hier gibt es keine technische Alternative für einen per se kohlenstofffreien Prozess.

Eine andere Darstellungsoption ist die vermutete Entwicklung der Wirtschaftlichkeit im Laufe der nächsten Jahrzehnte. Dabei muss allerdings berücksichtigt werden, dass es in solchen Simulationen viele Variablen gibt. Nicht nur politische (CO2-Preis) und technologische Annahmen (Lernkurven beim Wasserstoff und Konkurrenztechnologien) können daneben liegen, auch lokal gibt es Unterschiede, wie die Autoren betonen. Batterieelektrische Antriebe oder Wärmepumpenheizungen verlieren zum Beispiel an Attraktivität, wenn nicht überall ein stabiles Stromnetz zur Verfügung steht.

Ein finanzieller Selbstläufer ist der Weg zur Wirtschaftlichkeit allerdings nicht. Etwa 70 Mrd. US-$ wären erforderlich, um die in der Simulation angenommenen Entwicklungen anzuschieben, heißt es in der Studie. Um den benötigten Wasserstoff herzustellen, wären 70 GW Elektrolysekapazität notwendig, und für diese bestehe eine Finanzierungslücke von 20 Mrd. US-$. Für die Anfangszeit schlägt die Studie auch vor, türkisfarbenen Wasserstoff aus Erdgasreformierung mit CCS zu nutzen – und mit 6 Mrd. US-$ bis 2030 zu fördern.

Bei der Wärmebereitstellung für Gebäude und Industrie müsste der Wasserstoff vor allem fossiles Erdgas verdrängen. Ein Umbau der Gasnetze bräuchte laut der Studie bis 2030 Zuschüsse in Höhe von etwa 17 Mrd. US-$. Im Transportsektor wäre vor allem der Aufbau einer Tankstelleninfrastruktur teuer. Hier müssten etwa 30 Mrd. US-$ zugeschossen werden, um allein die Lücke zwischen Wasserstoff und anderen klimafreundlichen Antriebstechnologien zu decken, heißt es.

Im Verhältnis zu den globalen Ausgaben für Energie sind diese Ausgaben überschaubar. Gerade im Transportsektor und im Heizungssektor muss man sich allerdings fragen, welche Technologien man durch Zuschüsse voranbringen will.

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