08.03.2021Wasserstoff

Wasserstoff im Verkehrssektor auf dem Weg zur Klimaneutralität

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Kurt-Christoph von Knobelsdorff Geschäftsführer Now-GmbH
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Nach einem intensiven Twitter-Disput zum Thema E-Mobilität mit vielen Personen hat mich Nils Heisterhagen gefragt, ob ich dazu einen Beitrag für den Blog Politische Ökonomie verfassen wolle. Diese Chance nutze ich gerne, weil Diskurskultur und -tempo auf Twitter einer halbwegs differenzierten Betrachtung leider entgegenstehen.

Auch möchte ich die Gelegenheit nutzen, den Blickwinkel etwas zu weiten: während es bei der Twitter-Keilerei sehr eingeschränkt um die Frage ging, ob nun dem Batterie- (BEV) oder dem Brennstoffzellen-PKW (FCEV) die Zukunft gehört, würde ich gerne versuchen, das Thema in den Kontext der Debatte um den richtigen Weg zur Klimaneutralität des gesamten Verkehrssektors zu stellen. Die Diskussion um Wasserstoff im PKW-Segment darf nicht zum Hemmnis der gesamten Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie werden.

Zunächst aber zum Ausgangsstreit: in Deutschland muss die Batterie im PKW-Segment ohne Zweifel die dominierende Technologie werden. Schon alleine deswegen, weil die Brennstoffzellentechnologie sich (zumindest auf Sicht) nicht für die Mittel- und Kleinwagen-Klasse eignet und sie daher für den notwendigen schnellen Hochlauf einer E-Auto-Flotte gar keine Alternative darstellt.

Wir haben in Deutschland die Voraussetzungen für eine flächendeckende, nutzerfreundliche Ladeinfrastruktur, die das Reichweiten-Problem lösen kann und wird. Dies wird durch den eindeutigen politischen Willen untermauert, dass der Systemwechsel zur (batteriebetriebenen) E-Mobilität kommen muss. Es stehen die nötigen Fördermittel bereit, um die schwierige Transformationsphase hin zu einem marktbasierten System zu ermöglichen. Die Nationalen Leitstelle Ladeinfrastruktur bei der NOW GmbH arbeitet im Auftrag des BMVI mit großem Engagement genau daran. Keine Frage, das Batterieauto muss und wird kommen.

Technologieklarheit ist zu kurzsichtig

Vor diesem Hintergrund und dem erheblichen Druck durch die politisch gesetzte Rahmenbedingung der ambitionierten EU-Flottengrenzwerte ist die Strategie der PKW-Hersteller auf das BEV zu setzen völlig nachvollziehbar. Wo mein Verständnis allerdings endet, ist die offenbar mit Blick auf die nahende Bundestagswahl von einigen vorgetragene Forderung an die Politik, sich auf die Batterie festzulegen und die Förderung der Brennstoffzellentechnologie und einer Wasserstoffbetankungs-Infrastruktur in Gänze und damit auch für Brennstoffzellen-PKW einzustellen. Dieser Vorstoß, der unter der wohlklingenden Überschrift „Technologieklarheit“ daherkommt, ist meines Erachtens in Bezug auf die notwendige Entwicklung der Wasserstofftechnologie und die vielfältigen Aktivitäten daran interessierter Akteure falsch und industriepolitisch kurzsichtig. Warum?

Erstens: zunächst grundsätzlich: der Umbau hin zur Klimaneutralität ist eine Jahrhundertaufgabe. Kluge und weitsichtige Technologiepolitik ist technologieoffen und unterstützt und entwickelt alle Technologien, die einen Beitrag zu ihrer Bewältigung leisten zu können. In der Logik dieses Politikansatzes hat die Bundesregierung übrigens in 2008 die NOW GmbH gegründet. Technologieoffenheit ist Gegenstand unseres Auftrags und gehört daher zu unserem Selbstverständnis. Gerade weil inzwischen doch weitgehend Konsens herrscht, dass Wasserstofftechnologien eine entscheidende Rolle für die Klimaneutralität spielen werden, ist die Forderung, sie bewusst zu vernachlässigen so abwegig. Eine schöne Analogie dazu: hätte man den Ansatz der „Technologieklarheit“ seinerzeit beim EEG 2000 umgesetzt, wäre nur die damals hinsichtlich Kosten und Volllaststunden deutlich attraktivere Windkraft gefördert worden. Richtigerweise hat man aber auch die Photovoltaik mit deutlich höheren Einspeisevergütungen unterstützt – ein Riesenerfolg, wie man 20 Jahre später weiß und der Grund dafür, warum das ganze Energiewendeszenario sich dramatisch verändert hat (dazu weiter unten mehr).

Zweitens: Der Verkehrssektor ist weitaus breiter und differenzierter aufgestellt als nur durch den PKW. Gerade der Straßengüterverkehr ist für das Erreichen der Klimaschutzziele im Verkehrssektor ein wichtiger Ansatzpunkt, steht er doch für rund ein Drittel seiner Gesamtemissionen. Im Güterverkehr werden nach Lage der Dinge Wasserstoff und Brennstoffzelle eine entscheidende Rolle spielen.

Die aktuellen Berechnungen, die McKinsey für den Hydrogen Council angestellt hat, stützen diese Annahme. Das gleiche gilt für Personenbusse oder Nahverkehrszüge ohne Oberleitungsanbindung. Förderung zur Entwicklung der Brennstoffzellentechnologie und der notwendigen Zulieferindustrie begründet sich schon alleine mit diesen wichtigen Anwendungen. Gleiches gilt für die Entwicklung einer notwendigen Infrastruktur zur Betankung. Dass sich die Förderung der Brennstoffzellentechnologie zunächst auf die PKW-Anwendungen konzentriert hat und erst in den vergangenen zwei Jahren auf die Nutzfahrzeuge ausgeweitet wurde, war im Übrigen keine politische Vorgabe, sondern folgte der strategischen Ausrichtung des Nationalen Innovationsprogrammes Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie, die unter maßgeblicher Mitwirkung der Industrie entstanden ist.

Da wir in den Grundzügen über die gleichen technologischen Ansätze sprechen, ergeben sich aber für die Bereiche PKW und LKW natürlicherweise eine Vielzahl von Synergien, wie aktuell am Beispiel Schweiz zu sehen ist. Warum sollten diese Synergien nicht genutzt werden können? Beispielsweise kann eine Infrastruktur für Nutzfahrzeuge auch für Brennstoffzellen-PKW genutzt werden und zu gewissen Teilen auch umgekehrt, zumal wir in Deutschland mit aktuell 90 Wasserstofftankstellen schon ein gutes Basisnetz haben. Der Umstand, dass es bei der Wasserstoff-Tankinfrastruktur nicht nur um PKW, sondern auch um Nutzfahrzeuge (LKW und Busse) geht, entkräftet auch das Argument, hier würde eine sinnlose und für den Steuerzahler teure Doppelstruktur geschaffen.

Drittens: Industriepolitik sollte die Chancen einer Technologie auf dem Weltmarkt im Blick haben. Und da gilt es nüchtern festzustellen, dass wichtige Hersteller aus Japan, Korea und China anders als beispielsweise Volkswagen zweigleisig fahren und sowohl Batterie als auch Brennstoffzelle für den PKW aktiv verfolgen. Dies begründet sich übrigens durch die völlig richtige Priorisierung der Elektrifizierung des Antriebsstrangs. Verfolgt man diese stringent, wird die Speicherung der Energie im Fahrzeug Mittel zum Zweck und die Kombination aus Batterie und Brennstoffzelle zum Königsweg für die Elektrifizierung über alle Segmente.

Mit der stringenten Elektrifizierung drängt sich dann auch zwangsläufig der Aspekt zur Einbindung des Verkehrs in ein bestehendes Energiesystem auf: die offene Frage ist nicht die Tauglichkeit der Batteriefahrzeuge, sondern inwieweit das Gesamtsystem BEV über alle Segmente inklusive flächendeckender Ladeinfrastruktur und entsprechend ausgebautem und ertüchtigtem Stromnetz auf andere Länder und Regionen übertragbar ist – dieser „Drops“ ist eben keinesfalls schon gelutscht, um mal eine der Standardfloskeln, die bei dem Thema immer kommen, aufzugreifen.

Der Aufbau von neuen Infrastrukturen (natürlich auch der für Wasserstoff) ist grundsätzlich kostenintensiv. Dies gilt aber eben auch für den Aufbau einer BEV-Ladeinfrastruktur. Fest steht: es ist insgesamt sogar ein sehr teures System und bedarf erheblicher staatlicher Unterstützung beim Aufbau. Die alleine vom BMVI zur Verfügung gestellten und über die Nationale Leitstelle Ladeinfrastruktur bei der NOW koordinierten Fördermittel für Ladeinfrastruktur belaufen sich auf mehrere Milliarden Euro.

Und selbstverständlich verlangt die Elektrifizierung des Individualverkehrs per PKW zusätzlichen Netzausbau zu demjenigen, der ohnehin energiewendebedingt stattfinden muss und absehbar der größte Kostentreiber des Strompreises bleiben wird. Im Zusammenhang mit der sog. „Spitzenglättung“ sprechen die Netzbetreiber von einem Ausbaubedarf in den Verteilnetzen von 20 Mrd. Euro, wenn sie nicht das Recht bekommen, ladende E-Autos bei Bedarf für bis zu zwei Stunden abzuschalten. Man muss also kein großer Pessimist sein, wenn man aus dem Aufwand, den wir in Deutschland (nochmal: richtigerweise!) für die batterieelektrische Mobilität betreiben, schließt, dass das nicht überallhin übertragbar ist.

Wie soll aber dann dort klimaneutrale Mobilität aussehen? Sehr gut möglich, dass für diese Regionen andere Technologieoptionen oder ihre kluge Kombination die bessere Antwort sind. Vor diesem Hintergrund scheint die Zweigleisigkeit strategisch klüger zu sein, als das All-in von Volkswagen. Auch die Zurückstellung der Brennstoffzelle im PKW zumindest in diesem Jahrzehnt, wie Daimler sie als Strategie verkündet hat, kann sich als falsch herausstellen, weil es eben andere gibt, die das nicht tun und denen man dann im Zweifel wieder hinterherrennen muss. Letztlich wird sich aber erst im Rückblick, in 10 bis 15 Jahren zeigen, wer sich hier richtig aufgestellt hat. Das größere Risiko gehen aber doch sicher diejenigen ein, die alles auf eine Karte setzen.

Die Nachfrage nach Brennstoffzellen-PKW gibt es übrigens auch in Deutschland, wie die stets überzeichneten Förderaufrufe der NOW GmbH zeigen. Dass nicht jetzt schon deutlich mehr dieser Fahrzeuge auf der Straße sind, liegt am fehlenden Angebot insbesondere der deutschen Hersteller und nicht etwa an mangelndem Interesse der Kunden, die derzeit darauf hoffen müssen, dass Toyota und Hyundai bei ihren Exportkontingenten auch Deutschland berücksichtigen. Zwar wird das FCEV zumindest in Deutschland und Europa ein tendenziell kleines Segment sein, es spricht aber nichts dagegen, dass die beiden Technologien nicht koexistieren oder sich ergänzen können.

Viertens: Die Breite des nationalen und internationalen Verkehrssektors sollte die Politik auch im Hinterkopf haben, wenn sie industriepolitische Ratschläge von einem Vorstandsvorsitzenden einer Aktiengesellschaft bekommt. Denn der ist seinen Aktionären verpflichtet. Die Vertretung langfristiger industriepolitischer Interessen, die über diejenigen seines Unternehmens hinausgehen, sollte man von ihm besser nicht erwarten. Es gibt eben nicht nur die PKW-Hersteller, sondern auch eine vielfältige Nutzfahrzeugbranche und eine große und bedeutende Anzahl Zulieferer in Deutschland, die die Chancen der Brennstoffzelle ganz anders bewerten. Diese sind in der Brennstoffzellentechnik aktuell auch sehr gut positioniert. Ob sie diese Stellung aber ohne die Entwicklungsbudgets der Fahrzeughersteller dauerhaft halten können ist zumindest fraglich.

Industriepolitik muss die Chancen der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien insgesamt befördern, deren Anwendungsgebiete weit über den (PKW-)Verkehr hinausgehen, die Anwendungen im Verkehr aber eine wichtige Rolle für Skalierung und Kostensenkung spielen. Auch deshalb ist sie mit dem Festhalten am Grundsatz der Technologieoffenheit besser beraten.

Das Bigger Picture

Und nun, wie angekündigt, zum „bigger picture“: Die Diskussion um Batterie und Brennstoffzelle wird aktuell fast ausschließlich aus dem Verkehrssektor geführt. Eigentlich muss die Betrachtung aber unter Einbeziehung des gesamten Energiesystems erfolgen. Denn die Diskussion über Brennstoffzelle und Batterie als Antriebstechnologien leidet darunter, dass die E-Mobilität als Paradebeispiel für die Direktelektrifizierung in einem auf erneuerbarem Strom basierenden Energiesystem herhalten muss.

Begründet wird diese Diskussion mit dem Effizienzvergleich von verschiedenen Energieträgern. Die Aussage, dass der technische Wirkungsgrad bei Direktnutzung von Strom besser ist, als bei vorheriger Umwandlung in sekundäre Energieträger, ist aber trivial. Natürlich ist das so. Das Problem ist, dass viele an diesem Punkt das Denken einstellen und zu dem pauschalen und endgültigen Verdikt kommen, dass molekulare Energieträger im Verkehrssektor künftig keine Rolle spielen dürfen. Das wäre ja schließlich nicht „effizient“. Und es gibt ja „direktelektrische Alternativen“.

Entscheidend muss aber sein, ob letztere auch die systematisch effizientesten Alternativen sind – und das sind diejenigen, die das gewünschte Ergebnis mit den geringsten Kosten in einem sehr kurzen Zeitraum erbringen (CO2-Neutralität des Energiesystems 2050!). Das Kardinalproblem der Energiewende-Diskussion ist, dass sie nach wie vor auf einem inzwischen überholten Prinzip beruht – gemeint ist das Prinzip „Efficiency first“. Dieses stammt aus der Zeit, als man noch davon ausging, dass erneuerbare Energien knapp und teuer sind und das auch bleiben. Was gleichzeitig ausschloss, dass man sie irgendwann zu günstigen Preisen importieren kann.

Auf dieser Grundlage entstand das Leitprinzip „Efficiency first“ der Energiewende in Deutschland – die beste Kilowattstunde ist die, die nicht verbraucht wird. Und wenn erneuerbarer Strom verbraucht wird, dann möglichst direktelektrisch, damit um Gotteswillen keine Umwandlungsverluste bei der Nutzung des raren Luxusstroms entstehen. Dieses Fundament der Energiewende-Debatte – das übrigens auch die Quelle ist, aus der der Wasserstoff als „Champagner der Energiewende“ sprudelt – wurde bislang nicht ernsthaft hinterfragt, obwohl sich die Lage deutlich verändert hat.

Fakt ist: unter anderem dank des deutschen EEG ist Wind- vor allem aber Solarenergie inzwischen so billig geworden, dass sie perspektivisch auch in umgewandelter, molekularer Form zu günstigen Preisen und auskömmlichen Mengen importiert werden kann. Wenn eine Energieform praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht, ihre Nutzung nachweisbar schnell genug hochskaliert werden kann (wie bei PV und Wind geschehen), und auch externe Kosten (wie etwa Umweltbelastung bei PV-Modulherstellung) eingepreist sind, darf es dem Anwender überlassen werden, wieviel er davon gerne haben möchte. Umwandlungsverluste gehen dann auch weiterhin in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein, sind aber kein „No-Go“-Kriterium mehr. Dem Automatismus, in Sachen Energieverbrauch nur in Kategorien von Sparsamkeit und technischer Effizienz zu denken, ist dadurch die Grundlage entzogen.

Heißt: die Direktelektrifizierung ist nicht mehr automatisch die beste, anzustrebende Lösung. Entscheidend ist vielmehr z.B. für den Energieverbrauch im Verkehrssektor, welches Gesamtsystem aus Antrieb, Kraftstoff (ggf. importiert) und Infrastruktur am kostengünstigsten ist. Während das bei kleinen und mittleren Pkw die Batterie sein wird, zeichnet sich ziemlich eindeutig ab, dass es beim Schwerlastverkehr das wasserstoffbasierte System ist. Das heißt: obwohl der Brennstoffzellen-LKW mit einem Kraftstoff betankt wird, der „ineffizient“ mit Umwandlungsverlusten aus Strom hergestellt wurde, kann das insgesamt kostengünstiger sein, als die direkte Stromnutzung in einem Batterie- oder Oberleitungs-LKW mit der entsprechenden Ladeinfrastruktur.

Ähnliches gilt für Energieverbrauch im Wärmesektor: die Direktelektrifizierung mit Wärmepumpen setzt die energetische Sanierung des Gebäudebestands voraus. In der neuen Studie von Agora Energie- und Verkehrswende und Stiftung Klimaneutralität wird angenommen, dass bis 2050 90 Prozent des Gebäudebestands in Deutschland entsprechend saniert werden. Das ist nicht nur hinsichtlich des Zeitpfads extrem ambitioniert (um nicht zu sagen unwahrscheinlich) – die Wahrscheinlichkeit, dass auch hier eine zumindest anteilige Nutzung CO2-neutraler, molekularer Energieträger unter Nutzung der vorhandenen Gas-Infrastruktur für das Heizen unter dem Strich kostengünstiger bzw. schlicht und einfach notwendig ist, ist ebenfalls sehr hoch.

Wir müssen uns deshalb in der Diskussion über den richtigen Weg zur Klimaneutralität dringend von der Fixierung auf die Direktelektrifizierung lösen. Es bedarf eines neuen Leitbildes, das auf den kostenoptimalen Mix von Energieträgern und Technologien setzt, welcher im verbleibenden Zeitfenster realistisch umgesetzt werden kann. Kein All-Electric- oder Mostly-Electric-System mehr, sondern eines, das auf dem Zusammenspiel grüner Elektronen und Moleküle basiert. Nennen wir es doch einfach das „Moletrone“- oder „Elecule“-System.

Damit soll aber keinesfalls der Eindruck erweckt werden, das heutige Verhältnis bei der Energienutzung von ca. 80% Moleküle zu 20% Elektronen könne konserviert und die fossilen einfach durch grüne Moleküle ersetzt werden. In einem auf erneuerbarem Strom basierenden System muss und wird sich das Verhältnis drastisch verändern und selbstverständlich werden in einem solchen System direktelektrische Lösungen massiv zunehmen, wie z.B. in großen Teilen des PKW-Verkehrs.

Und noch einmal: die Effizienz eines Verfahrens, einer Technologie ist immer Gegenstand der Kostenkalkulation, wird also immer mitgedacht und muss nicht politisch verordnet werden. Ein ineffizientes Verfahren wird dann aufgegeben, wenn es eine kostengünstigere Alternative gibt. Auch der Zeit-Pfad spielt eine große Rolle: 2050 ist nicht mehr so weit entfernt, wie es klingt. Wir stehen vor der großen Aufgabe, eine globale Produktion grüner Moleküle hoch zu skalieren, die es heute erst in Ansätzen gibt. Das ist zwar anspruchsvoll, der Blick auf die Entwicklung der erneuerbaren Energien in den letzten 20 Jahren sollte aber Mut machen. Das Interesse an Wasserstoff ist international riesig, der politische Wille zum Anschub ist vorhanden, so viele Investoren stehen in den Startlöchern oder haben sich schon auf den Weg gemacht – eine ähnlich rasante Entwicklung wie bei den Erneuerbaren ist absolut möglich und erscheint deutlich realistischer, als beispielsweise die fast vollständige Sanierung des Gebäudebestands.

Aber natürlich wird grüner Wasserstoff bei dieser Ausgangslage anfangs nicht in großen Mengen zur Verfügung stehen (wie dies auch bei Wind- und Solarenergie anfangs der Fall war!). Die politische Aufgabe besteht darin, die nötige schnelle Skalierung bestmöglich zu befördern. Und das tut sie sicher nicht, in dem sie seine Verwendung gezielt an dem Bereich vorbei steuert, in dem es auf Sicht die größte Zahlungsbereitschaft gibt und das ist der Verkehrssektor.

Durch die existierende CO2-Regulierung und die bereits sehr hohen CO2-Vermeidungskosten ist es gerade der Verkehrsbereich, der für die initiale Nachfrage sorgen kann, der den zügigen Hochlauf der Elektrolysekapazitäten, auf den alle potenziellen Wasserstoff-Nutzer angewiesen sind, ermöglicht. Das ist für den Steuerzahler im Zweifel schonender als die Alternative z.B. über die Stahlindustrie, weil hier über einen langen Zeitraum die Differenzkosten zwischen grauem und grünem Wasserstoff „weggefördert“ werden müssen.

Der Subventionsbedarf ist erheblich. Natürlich muss die Umstellung im Stahlsektor dennoch jetzt angegangen werden – durch Unterstützung beim Ersatz der Kohle-Hochöfen durch die Reduktionsanlagen. Erst wenn das erfolgt ist, wird Wasserstoff in der Stahlproduktion überhaupt spruchreif. Bis dahin kann der Verkehrssektor die wichtigen und notwendigen Skalierungseffekte erreichen, die für einen wirtschaftlichen Einsatz von Wasserstoff im Industriesektor notwendig ist. Interessant ist übrigens – und damit zum Ausgangsstreitthema zurück, dass es gerade die Protagonisten der für den Steuerzahler sehr teuren Wasserstoff-Verwendungssteuerung sind, die gleichzeitig mit dem Kostenargument „Technologieklarheit“ und damit den Verzicht auf Brennstoffzellentechnologie im PKW und die Wasserstoff-Betankungsinfrastruktur fordern und direkt in Industrienutzungen starten wollen, wo die Wirtschaftlichkeit zunächst am wenigsten gegeben ist. Diesen Widerspruch sollte man ihnen nicht durchgehen lassen.

Zusammenfassung

Als „Wrap-up“ nochmal das Wichtigste in Thesenform:

  • Das Leitbild „Efficiency first“ und der daraus abgeleitete unbedingte Vorrang von Direktelektrifizierungs-Lösungen, hat sich überholt. Wir brauchen ein neues.
  • Aus Strom hergestellte, molekulare sekundäre Energieträger wie Wasserstoff werden so günstig, dass ihr Einsatz kostengünstiger sein kann, als direktelektrische Lösungen mit den dazu nötigen infrastrukturellen Voraussetzungen.
  • Technische Effizienz muss kein Dogma mehr sein. Sie bleibt immer fester Bestandteil der Suche nach der kostenoptimalen Lösung.
  • 2050 ist übermorgen. Es gibt kein Nacheinander von Effizienz, Elektrifizierung und Power-to-X, alles muss – global verteilt – gleichzeitig starten.
  • Die vergangenen 20 Jahre haben gezeigt, dass der Umbau der Energieversorgung im Zweifelsfall schneller vonstattengehen kann, als der mühsame – und aus Klimasicht potenziell zu langsame – Umbau der Nachfrageseite.
  • Die hohe Zahlungsbereitschaft im Verkehrssektor kann für die initiale Nachfrage nach grünem Wasserstoff sorgen, die für den Hochlauf der Elektrolysekapazitäten benötigt wird.
  • Technologieoffenheit bleibt die beste Grundlage für weitsichtige Technologie- und Industriepolitik.
  • Es wird so oder so zwei Infrastrukturen – für Batterie und Wasserstoff – geben.
  • Batterie und Brennstoffzelle schließen sich deshalb nicht aus, sondern können sich sinnvoll ergänzen. Im PKW-Bereich wird gleichwohl das Batterieauto die größten Anteile haben.
  • Das Gesamtsystem „Batterie“ aus Fahrzeug, Ladeinfrastruktur und Stromnetzen ist anspruchsvoll und deshalb vermutlich nicht auf andere Regionen der Welt übertragbar. Andere Technologieoptionen sollten deshalb weiterverfolgt werden.