Grüner Wasserstoff
18.09.2018

Forscher: Deutschland braucht Elektrolyse im Gigawattbereich

Foto: Audi
Die Power-to-Gas-Anlage von Audi im niedersächsischen Werlte enthält eine der größten Elektrolyseeinheiten Deutschlands.

Grüner Wasserstoff soll helfen, den klassischen Verbrennungsmotor zu verdrängen. Wissenschaftler haben ermittelt, wie viel Elektrolyse-Kapazität dazu geschaffen werden müsste.

Seit dieser Woche fährt der erste Wasserstoffzug im Linienverkehr zwischen Cuxhaven und Buxtehude. Weitere dürften folgen. Die mit Wasserstoff (H2) betriebene Brennstoffzelle gilt als klimafreundlicher Zukunftsantrieb für viele Transportmittel. Doch einen wirklichen Beitrag zum Klimaschutz leistet sie nach einhelliger Expertenmeinung nur, wenn der Wasserstoff „grün“ ist, also per Elektrolyse mit Ökostrom erzeugt wird. (Lesen Sie auch: Wasserstoffbusse für den Kölner Speckgürtel)

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Experten der Forschungsinstitute Fraunhofer ISE, Fraunhofer IPA und des Beratungsunternehmens E4tech haben nun die Dimension errechnet, die die Wasserelektrolyse erreichen müsste, wenn sie einen Beitrag zur Erreichung der Pariser Klimaziele leisten soll. Noch gilt das auch Power-to-Gas genannte Verfahren, bei dem mithilfe elektrischer Energie Wasser in H2 und Sauerstoff zerlegt wird, als zu teuer und zu wenig verbreitet.

Industrie statt Manufaktur

Um seine Klimaziele für das Jahr 2050 zu erreichen, braucht Deutschland in einem Maximalszenario der Studie eine installierte Elektrolyseleistung von 150 bis 300 Gigawatt. Dazu müsse die Herstellung der Anlagen industrialisiert werden, mahnen die Wissenschaftler. Das erfordere eine Verstetigung der Nachfrage und mindestens einen Kapazitätszubau von ein bis fünf Gigawatt jährlich bis zum Jahr 2030. Den aktuellen weltweiten Elektrolysemarkt beziffern die Studienautoren auf etwa 100 Megawatt Leistung pro Jahr. (Die Studie "IndWEDe" finden Sie hier)

Ein kommerzieller Hersteller von Elektrolyseanlagen müsse auf einen Absatz von 20 bis 50 Megawatt Erzeugungskapazität pro Jahr kommen, um wirtschaftlich arbeiten zu können, schreiben die Forscher. Erst auf diesem Absatzniveau sei eine industrialisierte Fertigung realistisch. Bisher arbeiteten Hersteller wegen der geringen Nachfrage „nahezu vollständig im Manufakturbetrieb.“ Sollte es der Branche gelingen, sich industrialisieren, werde dies grenzübergreifend stattfinden – bereits jetzt seien die Hersteller von Elektrolyseuren sehr international aufgestellt.

Hemmnis Stromkosten

Ein Grundproblem bei Elektrolyseanlagen: Die Stromkosten sind für einen wirtschaftlichen Betrieb zu hoch. Dies trifft beispielsweise den Betreiber einer der größten deutschen Anlage im niedersächsischen Werlte, den Autohersteller Audi. Der größte Kostenfaktor ist die EEG-Umlage. Vor dem Gesetz sind Betreiber von Elektrolyseanlagen bisher ganz normale Stromverbraucher.

Die Autoren der vom Bundesverkehrsministerium in Auftrag gegebenen und von der Nationalen Organisation für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) koordinierten Studie empfehlen nun regulatorische Rahmenbedingungen, die „einen wirtschaftlichen Elektrolysebetrieb“ ermöglichen.

 

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Christian Schaudwet
Keywords:
Elektrolyse | Wasserstoff | Brennstoffzelle
Ressorts:
Technology | Markets

Kommentare

Ein 12 m Elektrobus benötigt 90 bis 140 kWh Strom auf 100 km.
Ein 12 m Wasserstoffbus 9 bis 14 kg Wasserstoff,
für Elektrolyse und verpressen in den Hochdrucktank 45 kWh pro kg,
415 bis 630 kWh auf 100 km.
Nachdem weltweit bereits über 400 Tausend Elektrobusse fahren, 99% davon in China, ist es unglaublich wie man immer wieder den Nonsens Wasserstoff hervor zaubert.

Für Fahrzeuge direkt elektrischen Strom zu nutzen ist natürlich deutlich effizienter als über den Umweg Wasserstoff. Dennoch wird diese Technologie aus mehreren Gründen nötig sein.

1. Speicherung:
Klar. Wasserstoff zu speichern ist eine blöde Idee, da immer mit Druckverlusten zu rechnen ist. Batterien, Pumpspeicherwerke und was wir sonst noch zur Speicherung haben, besitzen auch alle (geringere) Mankos bei der Umwandlungseffizienz.
Methanol hat zwar auch eine bescheidene Effizienz bei der Herstellung, kann danach aber ohne Verluste für Ewigkeiten gespeichert werden.

2. Transport
Um die Energie vom Herstellungsort zum Verbraucher zu bekommen, müsste das Stromnetz massiv ausgebaut werden.
Alternativ kann die Energie chemisch gespeichert werden in Wasserstoff bzw. Methanol. Wenn die Umwandlungseffizienz dabei erst einmal gestiegen sein wird, ist das eine super Idee. Die Infrastruktur für flüssige Energieträger besteht bereits.

3. Das Ende des Erdölzeitalters
Die Herstellung von Methanol aus dem "Abfallstoff" CO2 und grün hergeselltem Wasserstoff ist geradezu prädestiniert dafür (ohne die fossilen Energieträger) an die Basis-Chemikalien für Pharmazie, Kunststoffe, etc zu gelangen.

Auch wenn aus Effizienzgründen diese Technologie (noch) keinen Sinn macht. Allein Punkt 3 wird dafür sorgen, dass sie unverzichtbar wird. Forschungsgelder werden vermehrt fließen, Effizienzen sich steigern.
Damit einhergehend wird sich auch die Wasserstoffwirtschaft enorm verbessern, allerdings nicht als eigenständige wettbewerbsfähige Industrie, sondern eher als Schlüssel zum Methanol.

Sir Winston Churchill sagte einst über Amerikaner: Man kann sich immer darauf verlassen, dass die Amerikaner das Richtige tun, nachdem sie alles andere ausprobiert haben.
Im übertragenen Sinne lässt sich das auf Alle anwenden, die das E-Auto als Fortbewegungsmittel als Zukunftslösung anpreisen.
In diesem Zusammenhang empfehle ich den Roland Berger Report vom 30.11.2018:
„Europas Kommunen setzen auf wasserstoffbetriebene Fahrzeuge: Nachfrage übertrifft das Angebot“
Das auch bei uns der Strom aus der Steckdose kommt, ist eine Binsenweisheit. Der Energieaufwand bis zur Bereitstellung des Stroms an besagter „Steckdose“ beträgt derzeitig Primärenergiefaktor für Strommix ( Mittelwert aus konventioneller und erneuerbarer Energie) 1,8. Sie müssten also die von Ihnen eingeschätzten Verbräuche mit 1,8 multiplizieren, um realistische Vergleichswerte auszuweisen. Die Herstellung von Batterien ist sehr energieaufwendig. Wenn Sie das notwendigerweise berücksichtigen, landet man beim Gesamtwirkungsgrad einer Dampflock. Bekannterweise sind die nur noch in Museen oder Nostalgieveranstaltungen anzutreffen.
Weitere Betrachtungen wie Nachhaltigkeit, Rohstoffe, Arbeitsmarkt usw. als Gesamteinschätzung bleiben leider unerwähnt.
Die hierzu wichtigen Themen sind m.E. sehr gut in dem offenen Brief an Bundeskanzlerin Angelika Merkel des DWV:
„Wachstum, Strukturwandel und Regionalentwicklung
Wasserstofftechnologien sind der Erfolgsschlüssel der Energiewende, da sind sich die meisten Experten einig. Nur mit dem Energieträger Wasserstoff wird eine versorgungssichere, nachhaltige und wirtschaftliche Energiewende in allen Sektoren möglich sein.“
Dieser Brief steht auf der Homepage des DWV zum Download zur Verfügung.
Ich hoffe auf jeden Fall auf eine rege öffentliche Diskussion, es geht hier um unsere gemeinsame Zukunft.
Die Weichen dafür werden heute in der Gegenwart gestellt.

Die von Ihnen angegebenen Zahlen sind meiner Meinung nach korrekt. Insofern ist es einleuchtend, wie Sie bereits schreiben, dass ein Batterie-Bus einem H2-Bus diesbzgl. überlegen scheint.
Allerdings gibt es auch viele weitere Faktoren, die einen wirtschaftlichen Betrieb ausmachen, aber hier gar nicht berücksichtigt werden.
Beispielsweise Temperatureinfluss (https://www.heise.de/newsticker/meldung/E-Autos-verbrauchen-viel-mehr-St...), Tank-/Ladezeiten (https://www.now-gmbh.de/content/1-aktuelles/1-presse/20160308-fachkonfer...), Gewichtsverhältnis Speicher zu Nutzlast (http://www.thedrive.com/tech/26050/exclusive-toyota-hydrogen-boss-explai...), Beschleunigung (https://www.electrive.net/2017/04/20/toyota-zeigt-h2-lkw-mit-mirai-techn...), etc.

Gerade hinsichtlich einer effizienten Speicherung verspricht H2 deutlich mehr Potential. Ich sehe Batterietechnologie durchaus berechtigt, allerdings eher im LDV-Bereich, statt im HDV-Bereich. Ein Personenbus liegt hier sicherlich im Bereich der Grenze. Für LKW's, Schiffe, Flugzeuge, als genereller Energiespeicher etc. sehe ich H2 deutlich im Vorteil.

Das sieht sogar noch schlechter aus wenn man erst Methan draus macht.
Aber lässt sich halt leichter Transportieren und verwenden und passt zur vorhandenen Infrastruktur.
Wenn man das Methan mit Solarstrom erzeugt und den H2 Biologisch zu Methan umwandelt. Ist das freigesetzte CO2 auch nur das, dass vorher im Prozess eingeschlossen wurde. Dabei ist dann der Wirkungsgrad nur am rande interessant, weil man dann halt die Elektrolyse mit überschussstrom aus den Spitzenzeiten macht.
Klingt für mich zumindest mal vom Ansatz her plausibel.

Der Text nennt eine Studie, wie lautet deren Titel, Autorenliste und wo wurde sie veröffentlicht?

Hallo, die komplette Studie finden Sie hier:
https://www.now-gmbh.de/content/1-aktuelles/1-presse/20180917-aktuelle-studie-zeigt-wege-zur-industrialisierung-der-wasserelektrolyse/indwede-studie_v04.1.pdf. Inzwischen auch im Text verlinkt, Danke für den Hinweis.

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