Die CO2–Reduktionsziele sind ehrgeizig…
Der massiv fortschreitende Klimawandel erfordert eine schnelle und konsequente Reduzierung der Klima schädigenden CO2-Emissionen. Dazu wurden in Deutschland und in der EU ambitionierte Dekarbonisierungsziele beschlossen. Um diese zu erreichen, muss der Ausstoß an CO2 in allen Sektoren zügig und deutlich verringert werden. Deutschland will die CO2-Emissionen in den Sektoren Energiewirtschaft, Mobilität und Wärme bis 2030 um jeweils ca. 40 Prozent reduzieren. Von der Industrie wird im selben Zeitraum eine Reduktion um knapp 20 Prozent gefordert. Diese Zahlen sind ein Zwischenschritt zur Netto-Null CO2-Emission bis 2045, die für alle Sektoren gilt. EU-weit ist dieses Ziel verbindlich bis 2050. Auch global werden Anstrengungen unternommen, einen weiteren Anstieg der CO2-Emissionen konsequent zu verhindern.
…aber machbar: wir brauchen die Transformation zum »grünen« Wasserstoff
Der Schlüssel zum Erfolg bei der Dekarbonisierung liegt in der Transformation der Sektoren, bzw. ihre Befähigung für den Einsatz von CO2-neutralem, so genanntem grünen Wasserstoff, der mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird. Dazu werden deutlich mehr systemdienliche Elektrolyseur-Anlagen benötigt. Diese müssen in passender Größe und Leistungsfähigkeit für die verschiedenartigen Nutzungsszenarien der Sektoren konzipiert, entwickelt, produziert und installiert werden. Neben den Wasserstoff erzeugenden Elektrolyseuren müssen zudem Brennstoffzellen zur Rückverstromung hergestellt werden, beispielsweise für den Mobilitäts- und Wärme-Sektor. Aus deutscher bzw. europäischer Sicht gilt es dabei, Systeme für den eigenen Bedarf und die internationalen Märkte zu entwickeln, mittelfristig in großer Serie industriell zu produzieren und auch zu exportieren.
Der Bedarf ist gigantisch
Gegenüber heute kann für Deutschland bis 2030 mit einer Verdoppelung des Bedarfs an Wasserstoff gerechnet werden. Es werden etwa 2,7 Mio. t (grüner) Wasserstoff benötigt, um die Dekarbonisierungsziele zu erreichen. Bis 2040 wird sich der Wasserstoff-Bedarf nochmals versechsfachen und auf 18 Mio. t ansteigen. Eine weitere Verdreifachung wird es bis 2050 geben. Dieser sogenannte Hockey-Stick-Effekt ist weltweit zu beobachten.
Prädestiniert für die Herstellung von grünem Wasserstoff sind Regionen, die über ausreichend natürliche Ressourcen wie Sonne und Wind verfügen; mit Sonne und Wind erzeugter Strom ist schließlich die Grundlage für die Produktion von grünem Wasserstoff. Aber auch in Deutschland wird künftig deutlich mehr grüner Wasserstoff produziert werden.
Energiepartnerschaften mit Ländern, die mit deutscher Technik grünen Wasserstoff produzieren
Schätzungen gehen davon aus, dass Deutschland etwa zwei Drittel seines Bedarfs an grünem Wasserstoff über Importe decken wird. Energiepartnerschaften mit Wasserstoff exportierenden Regionen könnten zum Beispiel festschreiben, dass mit Elektrolyseuren aus Deutschland produziert wird.
Grüner Wasserstoff ist ein knappes Gut…
Aktuell ist »grauer«, aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas hergestellter Wasserstoff hauptsächlich in der Grundstoffindustrie anzutreffen. Dort wird er stofflich für die Herstellung von Ammoniak und Methanol genutzt. Wo zukünftig der (heute noch) kostbare grüne Wasserstoff verwendet werden soll, richtet sich derzeitig nach der Treibhaus-Minderungsquote. Danach wird Wasserstoff vorrangig für die Dekarbonisierung der Stahl- und chemischen Industrie gebraucht. Aber auch für den Wärme- und Mobilitätssektor zeichnen sich Nutzungsszenarien ab. Gerade für die batterie-elektrische Lastenmobilität bestehen erhebliche Herausforderungen hinsichtlich der Reichweiten, des zusätzlichen Gewichts und ausreichend dimensionierter Ladeinfrastrukturen. Auch bei der Dezentralisierung der Wärmeversorgung kann Wasserstoff eine wichtige Rolle übernehmen.
Für die energetische Nutzung werden neben den Wasserstoff-Verbrennungstechnologien Brennstoffzellen-Systeme zukünftig an Bedeutung gewinnen. Diese sind Energiewandler, die chemische in elektrische bzw. thermische Energie ändern. Aus Wasserstoff entsteht somit Strom und Wärme. Diese Art der Stromerzeugung ist aufgrund des großen Potentials und hoher Energiedichten vorteilhaft. Deshalb existieren vielfältige Einsatzfelder für die stationäre Energieerzeugung, z.B. als Kraft-Wärme-Kopplung. Die Brennstoffzelle ist auch als primäres oder sekundäres Antriebsaggregat für Mobilitätsanwendungen gut geeignet. Für die Lastenmobilität ist sie eine sinnvolle Option: Erzielbare hohe Reichweiten, kurze Tankzeiten und die Möglichkeit, eine etablierte Infrastruktur (Tankstellen) weiter zu nutzen, sprechen für sie.
Enormes Wertschöpfungspotenzial für deutsche Unternehmen
Die Brennstoffzelle hilft nicht nur, CO2 einzusparen. Ihr Wertschöpfungspotenzial für die produzierende Industrie ist groß. Ähnlich wie bei den Elektrolyseuren zeigen verschiedene regionale und nationale Analysen, dass speziell deutsche Unternehmen alle wesentlichen Kompetenzen und Infrastrukturen für den gesamten Fertigungsprozess mitbringen bzw. alle system-relevanten Komponenten fertigen können. Als Voraussetzung für einen zügigen Markthochlauf der zentralen Wasserstoff-Systeme Elektrolyseur und Brennstoffzelle müssen nun allerdings neue, hochratenfähige Produktionstechnologien und -prozesse entwickelt werden, die Skaleneffekte nutzen und somit zu einer signifikanten Kostenreduktion führen. Dieses Handlungsfeld wird durch die Referenzfabrik.H2 (www.referenzfabrik.de), als Wertschöpfungsgemeinschaft für Wasserstoffsystem-Produktion unterstützt.