Weltweit sind Wasserstoff und seine Derivate wie synthetisches Kerosin, Ammoniak oder Methanol wichtige zukünftige Energieträger, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Die von der vorherigen Bundesregierung überarbeitete nationale Wasserstoffstrategie sowie die 2024 veröffentlichte Importstrategie nennen als Ziel, bis 2030 zehn Gigawatt Elektrolyse-Kapazität in Deutschland aufzubauen. In den Publikationen wird unter Auswertung der gängigen Szenarien für 2030 von einem potenziellen Bedarf an Wasserstoff und Derivaten in Höhe von 95 bis 130 Terawattstunden (TWh) ausgegangen, bis 2045 würde der Bedarf auf 360 bis 500 TWh für Wasserstoff sowie 200 TWh für Wasserstoffderivate steigen.
Zum Vergleich: 2024 lag der gesamte Endenergieverbrauch in Deutschland bei 2.300 TWh. Bei den prognostizierten Mengen ist also eine größere Transportinfrastruktur nötig. Bisher gibt es jedoch für Wasserstoff kein überregionales Pipelinetransportnetz, was die günstigste Option ist, um größere Mengen an Wasserstoff über Entfernungen von 1.000 bis 2.000 Kilometern zu transportieren. Um dieses Hemmnis zu überwinden, hat bereits die vorherige Bundesregierung den Aufbau eines Wasserstoffkernnetzes in einer Gesamtlänge von etwas über 9.000 Kilometern beschlossen und die staatliche gestützte Vorfinanzierung über das sogenannte Amortisationskonto festgelegt. Die aktuelle Bundesregierung betont in ihrem Koalitionsvertrag die Bedeutung dieses Wasserstoffkernnetzes.
Das beschlossene Wasserstoffkernnetz ist ein probates Mittel, um das „Henne-Ei-Problem“ durch ein Zusammenführen von Produktion und Nachfrage zu adressieren. Es ist jedoch zwingend notwendig, es entsprechend der zeitlich und räumlich tatsächlich notwendigen Erfordernisse zu dimensionieren. Der Aufbau benötigt hohe Investitionen, auch wenn dafür bestehende Gastransportnetze teilweise umgerüstet werden können. Eine Überdimensionierung würde zu unnötig hohen Kosten führen.
Ernüchterung nach jahrelangem Wasserstoff-Boom
Nach dem regelrechten Boom um das Thema Wasserstoff der vergangenen Jahre ist aktuell eine Ernüchterung bei dem Thema eingetreten. Die Ausrüstungs- und Finanzierungskosten steigen. Banken werden skeptischer. Eindeutige Bekenntnisse zum Schaffen von Produktionskapazitäten einerseits und Abnahmezusicherungen von Seiten der Nutzer andererseits sind noch selten, auch wenn es auf deutscher sowie europäischer Seite staatliche Unterstützungsmaßnahmen dafür gibt. Die technische Entwicklung, unter anderem in großskaligen Anlagen bei der Elektrolyse und Synthese, liegt hinter dem Zeitplan. Kostensenkungen bei den Anlagen sind bisher nicht in dem gewünschten Umfang eingetreten.
Die derzeitigen multiplen Unsicherheiten – ob Energie- und Rohstoffpreise, Versorgungsunterbrechungen oder geopolitische Unruhen – verunsichern Investoren. Zudem kommt der Aufbau einer internationalen Speicher- und Transportinfrastruktur bisher kaum voran. Die Vorfinanzierung der internationalen Transportinfrastruktur ist anders als in Deutschland noch nicht geklärt. Die Regulierung ist international unterschiedlich, was grenzübergreifende Vorhaben bremst. Die Interessen und die Politik möglicher Exportländer sind nicht immer auf einen Export orientiert. Mögliche Investitionen werden durch fehlende Planungssicherheit gehemmt.
Richtige Dimensionierung des Wasserstoffkernnetzes ist wichtig
Vor diesem Hintergrund ist das derzeit geplante Wasserstoffkernnetz in der derzeitigen Planung absehbar zu früh zu groß dimensioniert. Die Planung des Wasserstoffnetzes sollte sich an der tatsächlichen industriellen Nachfrage orientieren. Für die erste Phase sollte eine Priorisierung von großen, energieintensiven Industriekunden in Betracht gezogen werden, unter anderem aus der Stahlindustrie, der Grundstoffchemie und den Raffinerien. Dies würde eine hohe Netzauslastung gewährleisten und damit die Transportkosten möglichst moderat halten. Zudem werden Wasserstoffkraftwerke, die nach derzeitigen Planungen ein großer Abnehmer von Wasserstoff sein werden, absehbar erst nach 2035 relevante Mengen an Wasserstoff nachfragen.
Das Netz muss dorthin, wo absehbar wirklich Wasserstoff eingespeist oder benötigt wird. Daher schaffen regelmäßige Überprüfungen und Anpassungen des Netzes Planungssicherheit und ermöglichen langfristig, Subventionen zu vermeiden. Die im Koalitionsvertrag angesprochene Ausdehnung des Netzes auf den Süden und Osten Deutschlands ist zwar partei- und regionalpolitisch nachvollziehbar, aber eher kritisch zu betrachten, denn die heute absehbar großen Nachfrager nach Wasserstoff sind zumeist nicht dort. Auch ist die Schaffung von Wasserstoffverteilnetzen, die Teile der Politik fordern, zu hinterfragen, weil die großen Nachfrager aufgrund der benötigten Mengen über ein Transportnetz angebunden sein werden.
Der Einsatz von Wasserstoff für die Gebäudewärme, wofür man unter anderem Verteilnetze benötigen würde, ist nach heutigem Kenntnisstand in der Regel unwirtschaftlich. Weiterhin ist es für den Aufbau des Kernnetzes wichtig festzusetzen, dass die von der Bundesregierung geplanten neuen 20 Gigawatt an Gaskraftwerken dann mittelfristig wirklich auf Wasserstoff umgerüstet werden. Erfolgt dies nicht, ist die Gesamtfinanzierung der Kernnetzes gefährdet und der Sinn des Kernnetzes generell fraglich.
Grüner Wasserstoff muss importiert werden
Allerdings sollte über die Grenzen von Deutschland hinausgedacht werden. Die erneuerbaren Potenziale in Deutschland reichen nicht aus, um die Nachfrage nach grünem Wasserstoff allein zu decken. Deutschland wird künftig rund 50 bis 60 Prozent des nachgefragten Wasserstoffs importieren müssen.
Woher sollte der Wasserstoff kommen? Die Wind- und Solarstrompotenziale in Europa sind enorm und viele Standorte bieten ausgezeichnete Bedingungen, beispielsweise Spanien oder die nordeuropäischen Länder. Wasserstoff kann alternativ auch aus Regionen außerhalb von Europa kommen, die bessere klimatische Voraussetzungen haben. Berücksichtigt man allerdings die dann höheren Transportkosten und die in den Ländern oft höheren Kapitalzinsen, die bei den Wasserstoffkosten aufgrund der hohen Investitionen eine sehr wichtige Rolle spielen, sind europäische Länder wirtschaftlich oft attraktiver. Dies ist auch im Sinne einer europäischen Wirtschafts- und Resilienzstrategie.
Um diese Potenziale zu erschließen, braucht es den Aufbau eines europäischen Wasserstoffnetzes. Hierfür gibt es bereits eine Initiative von Infrastrukturbetreibern. Aus deutscher Sicht sollte der Aufbau dieses Kernnetzes auf europäischer Ebene gezielt vorangetrieben werden. Dabei stellt sich die Frage, wie dessen Finanzierung gesichert werden kann – und ebenso die für Deutschland schon angesprochene Frage der richtigen Dimensionierung.
Politische Unterstützung und klare Signale an Investoren
Auch wenn es noch Unsicherheiten bezüglich des tatsächlichen Hochlaufs von Wasserstoff gibt, sollten ein deutsches und ein europäischen Transportnetz politisch gestützt und mit klaren, stabilen Signalen an die Investoren aufgebaut werden. Ohne diese zentrale Infrastruktur droht ein erfolgreicher Markthochlauf von Wasserstoff zu scheitern. Die Transformation wichtiger wasserstoffabhängiger Industriezweige in Richtung Treibhausgasneutralität wäre gefährdet. Der Aufbau sollte aber mit Augenmaß streng bedarfsorientiert erfolgen.
Alternativ zu Wasserstoff kann in den angesprochenen Industriezweigen auch eine CO2-Abscheidung und -Speicherung durchgeführt werden, um die Treibhausgasemissionen deutlich zu senken. Dafür ist jedoch ebenfalls ein Pipelinenetz nötig, welches die anfallenden CO2-Mengen zu den Lagerstätten transportiert. In diesem Bereich stehen wir noch am Anfang der Überlegungen und sehen zum Teil vergleichbare Herausforderungen wie beim Aufbau eines Wasserstoffnetzes. Ob dieses Alternative wirtschaftlich sinnvoller und einfacher umsetzbar ist, ist daher noch offen. Allerdings drängt die Zeit für Entscheidungen, denn der Aufbau derartiger Netze, sei es für CO2 oder für Wasserstoff, ist zeitintensiv. Die Politik steht somit vor der Herausforderung, trotz bestehender Unsicherheiten zügig handeln und Entscheidungen fällen zu müssen.
Prof. Dr. Martin Wietschel ist Leiter der Abteilung Energietechnologien und Energiesysteme am Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI und Professor am Karlsruher Institut für Technologie KIT.