Studie zu Europas Energiewende: Elektrifizierung first, Wasserstoff second

27.02.2024 – Ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Klimaneutralität in der Europäischen Union ist der rasche Umstieg von fossilen Brennstoffen auf elektrische Technologien, die mit Strom aus Erneuerbaren Energien betrieben werden. Gleichzeitig werde aber aus Strom erzeugter Wasserstoff in schwer zu elektrifizierenden Bereichen wie der Luft- und Schifffahrt sowie der Chemie unverzichtbar sein, sagen Forschende des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK). Bis 2050 wären Elektrifizierung und Wasserstoff die Schlüsselstrategien, um Klimaneutralität zu erreichen, heißt es in der Studie, die in der Zeitschrift One Earth publiziert wurde.

In modellierten Szenarien haben die PIK-Forscher den möglichen Weg für die künftige EU-Transformation untersucht und kommen zu dem Ergebnis, dass bis 2050 ein Anteil von 42 bis 60 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs aus Strom und 9 bis 26 Prozent aus wasserstoffbasierter Energie erforderlich wäre.

Elektrifizierung wo möglich, Wasserstoff wo nötig

„Frühere Forschungsarbeiten haben bereits gezeigt, dass unser Energiesystem kostengünstig und umweltschonend auf erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne umgestellt werden kann“, kommentiert Leitautor Felix Schreyer die Studie. Die Frage dabei wäre, wie dieser erneuerbare Strom genutzt werden kann, um die Nutzung fossiler Brennstoffe in Gebäuden, im Industrie- und im Verkehrssektor zu ersetzen. „Unsere Analyse zeigt, dass die direkte Nutzung von Strom, zum Beispiel durch Elektroautos und Wärmepumpen, für viele Sektoren ganz entscheidend ist, während die Umwandlung von Strom in Wasserstoff nur für wenige Anwendungen wichtig ist.“

Die Studie lotet das Zusammenspiel von Elektrifizierung und Wasserstoff in EU-Klimaneutralitätsszenarien in den einzelnen Sektoren erstmalig detailliert aus. Mithilfe des Energie-Ökonomie-Modells REMIND untersuchten die PIK-Forscher plausible Kombinationen beider Strategien in den Transformationspfaden des EU-Energiesystems in verschiedenen Szenarien. Die Analyse zeigt demnach höhere Potenziale für die Elektrifizierung und beschreibt einen begrenzteren Einsatzbereich für wasserstoffbasierte Energie als frühere Studien.

Über alle Szenarien hinweg ist die direkte Nutzung von Strom die dominierende Strategie etwa für Autos oder beim Heizen von Gebäuden und in der Industrie. Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe aus Strom werden vor allem für die Luftfahrt, die Schifffahrt, die chemische Industrie und als Stromspeicher benötigt. Elektrifizierung und Wasserstoff ergänzen sich im Gesamtenergiemix somit weitgehend, während sie um einen geringen Anteil von etwa 15 Prozent der Endenergie konkurrieren. Das betrifft vor allem Sektoren wie den LKW-Verkehr und die industrielle Hochtemperatur-Prozesswärme.

Eckpfeiler für eine erfolgreiche Transformation

Laut Studie ist der Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und die Umstellung auf elektrische Technologien, wo immer dies möglich ist, der mit Abstand schnellste und billigste Weg, um die Kohlenstoffemissionen in den meisten Sektoren zu senken. „Wir gehen daher davon aus, dass der Anteil von Strom am Endenergieverbrauch von 20 Prozent auf 42 bis 60 Prozent bis 2050 steigen muss, um Klimaneutralität in der EU zu erreichen“, sagt Studienautor Gunnar Luderer, Leiter der Gruppe Energiesysteme am PIK. Ursache hierfür sei, dass elektrische Technologien zunehmend verfügbar sind und Strom sehr effizient nutzen, während die Umwandlung in Wasserstoff und synthetische Brennstoffe und deren Verbrennung mit erheblichen Energieverlusten verbunden sind.

Insgesamt steigt die Stromnachfrage in der EU in den Szenarien der Studie bis zum Jahr 2050 um 80 bis 160 Prozent – je nach Umfang der Wasserstoffimporte und der Rolle der Elektrifizierung sowie des Wasserstoffs in unsicheren Sektoren. Bis dahin müsste somit etwa doppelt so viel Strom erzeugt werden wie heute.

Politische Eckpfeiler für Europas Energiewende

Das Forscherteam diskutiert auch den aktuellen Stand der EU-Politik in Bezug auf Elektrifizierung und Wasserstoff und skizziert schließlich drei kritische Eckpfeiler für eine erfolgreiche Transformation. Die Politik sollte laut Studie der Elektrifizierung bzw. dem Wasserstoff in den Sektoren Vorrang einräumen, in denen sie in allen Szenarien bevorzugt werden, zudem Hindernisse für den Ausbau der Erneuerbaren Energien beseitigen – ein ohnehin wichtiger Baustein –  und schließlich Anreize für den Ausbau von Wasserstoffversorgungsketten schaffen.

„Unsere Studie unterstreicht, dass politische Entscheidungsträger die unterschiedlichen sektoralen Rollen beider Strategien berücksichtigen sollten, indem sie die Elektrifizierung durch elektrische Anwendungen für den Straßenverkehr und das Heizen fördern. Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe sollten hingegen für Anwendungen priorisiert werden, in denen sie unverzichtbar sind“, zieht Studienautor Falko Ueckerdt ein Fazit. na