Welche Netze benötigt eine künftige Wasserstoffwirtschaft? Eine Studie unter dem Titel "No regret Hydrogen", die der Thinktank Agora Energiewende gemeinsam mit dem Beratungsunternehmen AFRY Management Consulting erstellt hat, legt nahe, sich zunächst auf wenige Regionen zu konzentrieren.

Mit einer "No-regret"-Strategie ist ein Vorgehen gemeint, das angesichts unsicherer Prognosen das umsetzt, das unabhängig davon. welche Prognose sich bewahrheitet, auf jeden Fall sinnvoll ist. Auf Wasserstoffnetze bezogen heisst das: Sie würden zunächst für Industrieanlagen geschaffen, bei denen es vergleichsweise unstrittig ist, dass sie künftig Wasserstoff benötigen. Dabei geht es vor allem um den Bedarf von Stahlwerken sowie um die Produktion von Chemikalien, hier vor allem um Ammoniak, ein Grundstoff für Düngemittel. Wasserstoffleitungen für diese Sektoren sieht Agora als "No-Regret"-Investitionen, bei ihnen bestehe ein geringes Risiko, später überflüssig zu werden.

Ammoniak wird bereits heute aus Wasserstoff hergestellt, die Produktion ist einer der größten industriellen Wasserstoffkonsumenten. Bei der Stahlproduktion ist die sogenannte Direktreduktion mit Wasserstoff eine Möglichkeit, die hohen CO2-Emissionen zu vermeiden. Mehrere europäische Stahlkonzerne planen in den nächsten Jahren erste Anlagen, in denen diese Technologie zum Einsatz kommen soll.

Stahl und Ammoniak als "No-Regret"-Sektoren

Es gibt bereits heute Stahlwerke, die Direktreduktionsanlagen einsetzen, nur werden diese mit Erdgas betrieben. Die Wasserstoff-Direktreduktion unterscheidet sich davon nur geringfügig, die Industrie kann daher auf bereits bekannte Technologien aufbauen.

In vielen anderen Sektoren wird der Einsatz von Wasserstoff zwar diskutiert, ist aber deutlich umstrittener. Die Argumentation von Agora: Wenn man Infrastruktur schafft für Sektoren, in denen längst nicht klar ist, dass Wasserstoff in ihnen eine Rolle spielen wird, besteht das Risiko von Investitionsruinen.

In der Studie hat das Beratungsunternehmen AFRY den Bedarf, mögliche Orte zur Wasserstoffproduktion sowie dafür geeignete Speicher simuliert. Dabei wurde ein Szenario allein mit "grünem"  Wasserstoff betrachtet sowie eines mit einer Mischung aus "grünem" und "blauem" Wasserstoff. Als "grün" wird Wasserstoff bezeichnet, wenn dieser direkt mit erneuerbarem Strom erzeugt wird, mit "blauem" Wasserstoff ist die klassische Erdgas-Dampfreformierung gemeint, bei der mit Hilfe von CCS die CO2-Emissionen abgeschieden werden.

Doch selbst im gemischten Szenario hätte der "blaue" Wasserstoff nur eine temporäre und eher kleine Rolle. Nach 2030 wird sich, so Agora und AFRY, "blauer" Wasserstoff nicht mehr lohnen, bei einer ambitionierten Förderung von erneuerbaren Energien und Elektrolyse möglicherweise schon früher.

Günstige Speicher in Salzkavernen

Ein gewisser Bedarf für Wasserstoffnetze und auch Speicher ergibt sich in jedem Fall. Die Industriebetriebe werden absehbar einen konstanten Wasserstoffbedarf haben, während die erneuerbare Stromerzeugung primär mit volatilen Quellen wie Wind- und Solarenergie erfolgt. Bei den Speichern sieht die Studie vor allem Salzkavernen als attraktiv an, da diese deutlich günstiger zu realisieren seien als oberirdische Speicher. Das hat auch Auswirkungen auf die Netze. Laut dem Studienautor Angus Paxton von AFRY lohnt es sich in vielen Fällen, längere Pipelinenetze zu bauen, wenn sich dadurch günstigere Speicheroptionen erschließen lassen.

Nach den Ergebnissen von Agora und AFRY würden sich lokale Wasserstoffnetze zunächst in vier europäischen Regionen anbieten. Der größte Bedarf besteht dabei in Dreiländereck zwischen Holland, Belgien und Deutschland.

Die Schlussfolgerung von Agora, sich zunächst primär auf unstrittige Sektoren zu konzentrieren, erscheint nachvollziehbar. Die Studie und die dahinterliegende Simulation gehen aber von einer ganzen Reihe von Annahmen aus, die teilweise explizit erwähnt sind und sich teilweise indirekt ergeben.

Dass die Stahlindustrie auf Direktreduktion mit Wasserstoff umgestellt wird, ist ebenso plausibel – viele Unternehmen fangen bereits an, in die Umrüstung zu investieren. Doch auch hier gibt es zumindest theoretisch eine Möglichkeit der direkten Stromnutzung mit Hilfe von Eisenoxid-Elektrolyse. Ein Startup aus den USA namens Boston Metal will diese Technologie kommerzialisieren. Doch die Eisenoxid-Elektrolyse ist bislang in einem sehr frühen Entwicklungsstadium und wurde, wie Gniewomir Flis von Agora Energiewende erläutert, in der Studie nicht betrachtet, da ein Großteil der europäischen Stahlwerke Neuinvestitionen vor 2030 benötigen.

Ebenso nimmt die Simulation an, dass die europäischen Ammoniak- und Stahlproduktion dort bleibt, wo sie bisher ist. Denkbar wäre auch, Ammoniak oder Eisenschwamm in Regionen zu erzeugen, in denen erneuerbare Energien besonders günstig sind, etwa in Australien. Derartiges regte zuletzt die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) an.

Wasserstoffnetz in jedem Fall kleiner als Erdgasnetz

Kollidieren dürften die Ideen von Agora mit den Plänen der Gasindustrie. Denn die hofft darauf, ihre umfangreichen Erdgasnetze in die Zukunft zu retten, indem diese als Wasserstoffnetze neu genutzt werden. Zwar geht auch das Agora-Szenario davon aus, Erdgasnetze für Wasserstoff umzubauen, aber mit den angedachten Lokalnetzen würde nur ein winziger Teil der bestehenden Erdgasinfrastruktur umgewidmet.

Ob es künftig ein gesamteuropäisches Wasserstoffnetz gibt, hängt demnach davon ab, wieviel Bedarf andere Sektoren haben werden. So gilt Wasserstoff zwar als eine Option für industrielle Wärme und den Schwerlastverkehr, doch hier konkurriert er mit der direkten Elektrifizierung. "Aber selbst unter den optimistischsten Annahmen wäre ein zukünftiges Wasserstoffnetz kleiner als das heutige Erdgasnetz", ist sich Matthias Deutsch von Agora Energiewende sicher.

Stahlherstellung soll künftig mit Wasserstoff geschehen.
Die zur Stahlherstellung nötigen Temperaturen von bis zu 1.000 Grad sollen künftig auch mit Wasserstoff erzeugt werden. (Copyright: iStock)