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Grüner WasserstoffPower-to-X: Raus aus der Nische

Wasserstoffanlage im österreichischen Linz
Die weltweit größte grüne Wasserstoffpilotanlage mit einer Anschlussleistung von sechs Megawatt ging im November 2019 im österreichischen Linz in Betrieb. (Foto: © Siemens AG)

Power-to-X bietet ein enormes Potenzial für die Dekarbonisierung, wenn hierfür erneuerbarer Strom genutzt wird. Doch ist die Anwendung von grünem Wasserstoff & Co. derzeit auf Pilotprojekte beschränkt. Die Verabschiedung einer nationalen Wasserstoff-Strategie lässt allerdings weiter auf sich warten.

25.05.2020 – Kaum ein Thema elektrisiert derzeit die energiepolitische Diskussion derzeit so sehr wie grüner Wasserstoff und Power-to-X (PtX).  Neben der Energieeffizienz und der direkten Nutzung von erneuerbarem Strom gilt PtX als Schlüsseltechnologie der Energie- und Verkehrswende. Denn über die Umwandlung von regenerativem Strom in Wasserstoff, synthetische Gase sowie Kraft- und Treibstoffe können auch Bereiche, an denen die direkte Elektrifizierung sowie batterieelektrischer Speicher an ihre Grenzen stoßen, dekarbonisiert werden. Sei es der Einsatz von grünem Wasserstoff in der Chemie- oder Stahlindustrie oder mit grünen Power-Fuels betriebene Flugzeuge und Schiffe. Zudem ermöglicht PtX die saisonale Speicherung des wetterabhängigen Wind- und Solarstroms, so über die Speicherung von Wasserstoff und Methan in Erdgasspeichern und deren bedarfsweise Rückverstromung.

Anwendungen noch in der Nische

Allerdings ist die Anwendung bisher noch auf Nischenbereiche beschränkt. Zwar nimmt Deutschland nach Einschätzung der Deutschen Energie-Agentur (Dena) „bei der Erprobung und Weiterentwicklung von Power-to-Gas Technologien derzeit eine Vorreiterrolle ein“. Doch ist die Anzahl der momentan rund 30 Pilotprojekte mit einer installierten Elektrolyse-Leistung von rund 25 Megawatt (MW) noch überschaubar.

Die Kosten sind noch hoch, aufgrund der Umwandlungsverluste werden große Mengen zusätzliche Mengen erneuerbaren Stroms benötigt und die regulatorischen Rahmenbedingungen bremsen die Technik aus. So werden beispielsweise Elektrolyseure entsprechend dem deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) als Letztverbraucher definiert, mit der Konsequenz einer teils doppelten Abgaben-, Umlagen- und Steuerbelastung des verwendeten Stroms. Zusätzlich verschlechtern niedrige Öl- und Gaspreise sowie fallende CO2-Zertifikatspreise aufgrund der sinkenden Nachfrage infolge der Corona-Krise derzeit die Wettbewerbsfähigkeit von Ptx.

Nationale Wasserstoff-Strategie in der Warteschleife

Immer noch hängt die Verabschiedung der bereits seit vergangenem Jahr angekündigten Nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung in der Warteschleife, weil sich die beteiligten Ressorts noch nicht einig sind. Ein wichtiger Streitpunkt ist hierbei, ob Deutschland künftig voll auf grünen Wasserstoff oder zumindest als Brückentechnologie auch auf sogenannten blauen Wasserstoff setzen soll. Während das federführende Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) auch auf blauen Wasserstoff setzt, brechen Bundesumweltministerin Svenja Schulze und Bundesforschungsministerin Anja Karliczek eine Lanze für die Nutzung von grünem Wasserstoff.

„Northern Lights“ Projekt

Blauer Wasserstoff wird aus Erdgas gewonnen, beispielsweise über die Dampfreformierung. Das anfallende CO2 soll hierbei über die CCOS-Technologie (Carbon Capture and Offshore-Storage) eingefangen, abgetrennt und endgelagert werden. Im Rahmen des Speicherprojekts „Northern Lights“ plant der norwegische Energiekonzern Equinor die CO2-Endlagerung aus der blauen Wasserstoffproduktion in einem salinen Aquifer 2000 Meter unter dem Meeresboden der Nordsee. Um 95 Prozent verringere sich so der CO2-Abdruck des Wasserstoffs, proklamiert Steinar Eikaas, Vice President Low Carbon Solutions bei Equinor. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung blauen Wasserstoffs ist die Methanpyrolyse, welches Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickelten. Hierbei spaltet sich Erdgas bei einer Temperatur von 1200 Grad Celsius in seine Bestandteile auf. Der gasförmige Wasserstoff wird abgesaugt, der feste Kohlenstoff kann von der Industrie genutzt oder gelagert werden, so der Ansatz. Das Verfahren soll nun in einem dreijährigen Projekt mit Wintershall DEA für den großtechnischen Einsatz weiterentwickelt werden.

Umstrittener blauer Wasserstoff

Experten wie Michael Sterner, Professor für Energiespeicher und Energiesysteme an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg, halten das Konzept einer blauen Wasserstoffnutzung allerdings für eine „bewusst platzierte Nebelbombe der Mineralöl- und Gasindustrie“. Denn fossil gewonnener Wasserstoff verstetige die fossile Industrie, statt sie zu transformieren, es gebe fast kein belastbares wissenschaftliches Material zu den Treibhausgas-Bilanzen, Kosten und Wirkungsgraden und die Technologie trage auch nicht zu einer zukunftsorientierten Wertschöpfung in Deutschland bei. Auch Hans-Josef Fell, Präsident der Energy Watch Group, sieht in blauem Wasserstoff keine klimaschonende Brückentechnologie. Er verweist auf die hohen Methanemissionen, die mit der Erdgasförderung und dem Transport in Pipelines oder mit Schiffen (LNG) verbunden seien. Diese Vorkettenemissionen machten Wasserstoff, der aus fossilem Erdgas gewonnen werde, zum Klimakiller.

„EFarm“ Projekt in Nordfriesland

Dagegen verweist Fell als „ein herausragendes Projekt für grünen Wasserstoff“ auf die jüngst gestartete „EFarm“ in Nordfriesland. Hierbei soll Strom aus fünf regionalen Windparks (vor allem Bürgerwindparks) via fünf Elektrolyseuren mit einer Leistung von 225 Kilowatt in grünen Wasserstoff umgewandelt werden. Dieser soll dann an zwei lokale Wasserstofftankstellen für die Betankung von Brennstoffzellen-Pkws und Brennstoffzellenbussen geliefert werden. Anfallende Wärme soll in ein Nahwärmenetz eingespeist werden. Neben Fördermitteln des Bundesverkehrsministeriums und der Finanzierung von Banken haben sich 2300 Anwohner mit einem Eigenkapital von 3,15 Millionen Euro an dem 20 Millionen Modellprojekt beteiligt. „Die bestmögliche Energiewende geschieht dezentral, der Strom bzw. Treibstoff wird dort produziert, wo er verbraucht wird. Außerdem können nur so regionale und staatliche Energieabhängigkeiten aufgelöst werden, die weltweit für Konflikte sorgen“, sagt Fell. Einen dezentralen Ansatz verfolgen auch mehrere grüne Wasserstoff-Projekte, die derzeit im Rahmen von „Reallaboren“ vom BMWi gefördert werden, allerdings meist mit größeren Elektrolyseurleistungen von bis zu 100 MW.

Schulze: Auch Importe nötig

Angesichts der enormen Mengen an zusätzlichem erneuerbarem Strom, den beispielsweise die Umstellung des Flugverkehrs auf erneuerbar hergestelltes Kerosin oder die Versorgung der Industrie benötigt, sind sich die meisten Experten  wie Marc Grünewald von MAN Energy Solutions darin einig, dass PtX künftig auch aus sonnen- und windreichen Flächenländern wie Marokko importiert werden muss. Ähnlich sieht dies Bundesumweltministerin Svenja Schulze: Zwar müsse es darum gehen, die erneuerbaren Energien auch in Deutschland verstärkt auszubauen, um PtX zu nutzen. Doch sei klar, dass nicht der gesamte Bedarf rein national abgedeckt werden könne. Für Länder mit einem hohen Potenzial an erneuerbaren Energien „kann die Produktion von PtX-Produkten künftig einen attraktiven Markt eröffnen, wenn dort mehr erneuerbare Energie produziert werden kann als für den Eigenbedarf notwendig ist“, so Schulze.

Quote für den Flugverkehr

Skeptisch zeigt sich Schulze gegenüber der Verwendung von erneuerbar gewonnenen synthetischen Krafttstoffen (PtL) bei Autos. Aufgrund der höheren Effizienz und der Konkurrenz um erneuerbaren Strom, sei es sinnvoller diese batterieelektrisch zu betreiben. „PtX muss zuerst für diejenigen bereit stehen, die keine Alternativen haben, klimaneutral zu werden, wie die Stahl- oder Chemiewerke, Schiffe oder Flugzeuge". Jüngst brachte Schulze für den Flugverkehr eine Quote für synthetische Kraftstoffe von zwei Prozent bis 2030 ins Spiel und kündigte den Aufbau eines internationalen PtX-Sekretariats in Berlin an.

Man darf jedenfalls gespannt sein, wann die Nationale Wasserstoff-Strategie endlich auf den Weg kommt und wann die regulatorischen Rahmenbedingungen so reformiert werden, dass der Markthochlauf für Ptx gelingen kann. Hans-Christoph Neidlein


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Kommentare

Diskutieren Sie über diesen Artikel

Johannes Seeger 25.05.2020, 22:00:51

Bei der Methanpyrolyse entsteht meines Wissens kein CO2 sondern nur Kohlenstoff. Ansonsten gäbe es keinen Vorteil zur Dampfreformierung.

Hans Christoph Neidlein 25.05.2020, 22:13:08

+11 Gut

ja, das stimmt, wird korrigiert.

Denkender Bürger 30.05.2020, 13:28:47

Man sollte jetzt keinstenfalls den Fehler machen, darüber Power to Gas zu vernachlässigen!

Systhetische Wasserstoff-Erzeugung hat zwar ihre Berechtigung, die synthetische Methan-Erzeugung aber ebenso wenn nicht gar noch mehr:

Synthetisch erzeugtes Methan hat erdgasähnliche Eigenschaften - weshalb dessen praktische Verwendbarkeit unter den derzeit gegebenen Umständen von Haus aus günstiger ist.

Und die praktische Verwendbarkeit ist ein Faktor, den man vor allem im hinblick auf die Gesamtkosten nicht vernachlässigen darf. Was mützt es, wenn man zwar eine rein energietechnisch betrachtet günstigere Veriante gefunden hat, für deren Verwendbarkeit aber erst eine Vielzahl an technologien aufwändihg umstellen muß?


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