Was Wasserstoff wirklich leisten kann

In den letzten zwei Jahren ist ein regelrechter Hype um Wasserstoff als zentrales Element der Energiewende entstanden. Regierungen haben neue Klimastrategien und -ziele auf Grundlage von diesen Verheißungen erlassen, Unternehmen ein Potpourri an innovativen Projekten ins Leben gerufen, um das Element im industriellen Maßstab produzieren zu können. Und es klingt ja auch so schön: Wasserstoff produziert bei der Verbrennung keine Treibhausgase. Durch Wasserstoff können bereits existierende Energiesysteme relativ einfach dekarbonisiert werden. Wasserstoff kann gelagert, in Pipelines transportiert und für Heizungen, Energie, Kochen und in Fabriken genutzt werden.

Ist Wasserstoff also das Wundermittel, das uns die Energiewende ermöglicht? Könnte man meinen – doch ganz so einfach ist es nicht.

Die Wahrheit über Wasserstoff

Ein aktueller Bericht des deutschen Thinktanks „Agora Energiewende“ ist dem Hype um Wasserstoff als Schlüsseltechnologie im Kampf gegen die Klimakrise auf die Spur gegangen. Und die Experten kommen zu ernüchternden Ergebnissen.

Erst einmal relativiert der Agora-Bericht die Verheißungen rund um den Wunderstoff Wasserstoff. Die Hauptkomponente der Energiewende sei die Dekarbonisierung der Stromproduktion, unterstützt durch effizientere Speichersysteme. Wasserstoff spiele vor allem dort eine Rolle, wo Strom aus technischen oder ökonomischen Gründen keine geeignete Lösung darstellt.

Doch oft sind elektrische Lösungen effizienter und günstiger, sagen die Experten. So ist Wasserstoff, der zum Heizen genutzt wird, im Extremfall 84 Prozent weniger effektiv als herkömmliche Wärmepumpen. Im Vergleich zu einem Auto, das mit einem Elektro-Antrieb fährt, schlagen sich Autos mit Brennstoffzelle ebenfalls schlecht: Hier sind es fast 60 Prozent Energieverlust.

Wasserstoff in diesen Bereichen anzuwenden, würde demnach doppelt bis viermal so viel Erneuerbare Energien benötigen. Der Bericht kommt zu einem eindeutigen Ergebnis: Wasserstoff sollte nur dort eingesetzt werden, wo es „unausweichlich“ ist.

Wichtiger Baustein zur Dekarbonisierung von Industrie und Transport

Am wichtigsten werde Wasserstoff demnach als erneuerbarer Energieträger in der Stahl- und Plastikproduktion, im Flugverkehr als Kraftstoff auf Langstreckenflügen oder in der maritimen Transportbranche. Da grüner Wasserstoff als erneuerbarer Kraftstoff eingestuft wird, kann er in diesen Branchen dazu beitragen, die Anforderungen der „Erneuerbare-Energien-Richtlinie“ zu erfüllen und CO₂-Ziele zu erreichen. Das gilt für den Verkehrssektor, aber nach der letzten Überarbeitung der Richtlinie auch für den Industrie- und im Heizungsbereich.

Als Ergänzung könne Wasserstoff auch im Energiebereich eingesetzt werden, so die Autoren, um den wachsenden Strombedarf bei der Energiewende zu gewährleisten. Wasserstoff überbrücke vorübergehende Engpässe in der Stromerzeugung bei Windkraft und Solarenergie sowie die großen saisonalen Schwankungen bei Angebot und Nachfrage auf dem Strommarkt. Zudem könne er bei Restwärme als beim Heizen als Ergänzung zu konventionellen Gebäudeheizungen dienen.

Wo Wasserstoff ein Energieträger der Zukunft ist – und wo nicht

In anderen Bereichen sieht der Agora-Bericht hingegen wenig Potenzial, etwa wenn es darum geht, Wasserstoff direkt in Erdgasleitungen beizumischen: Die Kosten dafür seien zu hoch, die Einsparungen im CO₂-Budget zu niedrig. Ein Wasserstoffverbrauch, der ausreicht, um die Emissionsziele im Wohnsektor zu erreichen, würde die Gaspreise auf dem Markt verdreifachen, so die Experten. Dazu kämen noch Kosten für die Modernisierung des Gassystems und den Heizgeräten in den Haushalten.

Es gebe somit kein Szenario, in dem Wasserstoff auf dem Gebäudeheizungs-Sektor fußfassen könne, heißt es im Bericht. Ebenfalls kommen die Experten zu einem harten Urteil, was Wasserstoff in der Transport-Branche auf dem Land betrifft: „Vor einem Jahrzehnt schienen Autos mit Brennstoffzelle die Zukunft der Automobilindustrie zu sein. Heute ist dieser Traum vorbei.“

Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge werden demnach nur in Nischensektoren eine Heimat finden, etwa bei Konstruktionsfahrzeugen, im Bergbau oder beim Frachttransport über weite Distanzen. Aber selbst in diesem Segment sind die Agora-Experten nicht vollkommen von den Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff überzeugt. Denn: 80 Prozent aller Frachtwege sind kürzer als 400 Kilometer – und somit in einer Distanz, die auch mit Batterie erreicht werden kann.

Elektrofahrzeuge werden daher die Transportbranche dominieren. Weitere Entwicklungen in der Batterietechnologie könnten das Potenzial von Wasserstoff im Transportsektor zudem noch weiter einschränken. Wasserstoff eigne sich daher am besten als Ausgangspunkt für energiedichte Kraftstoffe in der Luft- und Schifffahrt. Dem Bericht zufolge werden Häfen künftig die Hotspots der Infrastruktur zur Wasserstoffbetankung und Treffpunkt für industrielle Wasserstoff-Verbraucher und die Erzeuger von erneuerbarer Offshore-Windenergie sein.

Ein regionaler, kein globaler Markt  

Obwohl Europa über ein ausreichendes Potenzial verfügt, um seinen Bedarf an grünem Wasserstoff zu decken, stehen die Staaten vor Herausforderungen: Da jedes GW der Elektrolyse mit einem bis GW zusätzlicher Erneuerbarer Energie einhergehen muss, ist ein massiver Ausbau erforderlich.

Trotzdem gehen die Autoren davon aus, dass Wasserstoffmärke wegen der Transportkosten eher regional als global sein werden. Der Transport von Wasserstoff über kurze Distanzen sei durch umfunktionierte Pipelines am günstigsten. Auf großen Entfernungen sei die Stromerzeugung und die Verwendung von Hochspannungs-Leitungen dann aber bereits wieder wettbewerbsfähiger als neu gebaute Pipelines.

Die Experten halten den Import von Wasserstoff durch Pipelines dennoch für wahrscheinlich – wegen der hohen Kosten allerdings nur aus dem unmittelbaren Umfeld der EU, beispielsweise aus der Ukraine, Nordafrika oder den Südosten Europas. Insbesondere Nordafrika wird wegen seiner großen Potenziale bei der Solarenergie von den Experten als potenzielle Quelle für große Mengen an Wasserstoff zu unterdurchschnittlichen Kosten angesehen.

Der Transport von Wasserstoff via Schiff oder Flugzeug sei bei längeren Distanzen sinnvoll, so die Experten, wenngleich sich dann die Umwandlung von Wasserstoff in energieintensive, wasserstoffbasierte Produkte wie Ammoniak, Methanol oder andere hochwertige Chemikalien vor Ort als die wirtschaftlich attraktivste Option erweisen könnte.

Die Finanzierung von Wasserstoff

Die Agora-Experten sehen Investments für die Versorgung der Industrie mit Wasserstoff als idealen Ausgangspunkt für einen Markthochlauf. Dazu bedarf es finanzieller Unterstützung, etwa durch CO₂-Zertifikate, Quotenregelungen für Power-to-Liquids im Luftverkehr, die Schaffung skalierbarer grüner Energiemärkte oder Wasserstofflieferverträge.

Diese Finanzierung wäre vorübergehend, wobei die direkte Unterstützung nach 2030 schrittweise auslaufen könnte. Sobald die Kosten für grünen Wasserstoff auf ein akzeptables Niveau sinken, kann die Unterstützung direkt von Verbrauchern und Unternehmen getragen werden.

Der Report macht auch klar, dass die Finanzierung von Wasserstoff durch höhere CO₂-Preise nicht funktionieren kann, da die Preise für Verbraucher und Unternehmen ein inakzeptables Niveau erreichen müssten, um genügend Anreize für Wasserstoff zu schaffen.

Grün, nicht blau

Folglich kann blauer Wasserstoff laut den Experten eine Rolle spielen, sie warnen allerdings davor, dass dieser nicht 100 Prozent emissionsfrei ist. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn das als Ausgangsmaterial verwendete Erdgas eine lange Strecke zurücklegt, bevor es in Wasserstoff umgewandelt wird. Zusätzlich zu diesen vorgelagerten Emissionen können auch die besten Verfahren zu CO₂-Abscheidungen nicht mehr als 98 Prozent des Kohlenstoffdioxid filtern.

Die Experten kommen daher zu dem Schluss: Allein diese beiden Faktoren führen dazu, dass blauer Wasserstoff den Schwellenwert der EU-Kommission für Nachhaltige Finanzierung überschreitet – selbst bei den „Best Practices“-Beispielen der Branche.