„Wasserstoff ist der ‚Champagner der Energiewende‘. Er wird nur für einige Nischenanwendungen benötigt, ist aber zu teuer für die meisten anderen Anwendungen.“
Autorin: Beate Ceglar
Einleitung
Die Aussage, Wasserstoff ist der „Champagner der Energiewende“, soll darauf hindeuten, dass Wasserstoff aktuell teuer und nur für Nischenanwendungen geeignet ist. Im Folgenden werden die aktuellen Kosten, Einsatzbereiche und Perspektiven betrachtet, um aufzuzeigen, wo Wasserstoff bereits genutzt wird, welches Potential er hat und wie sich die Wasserstoffnutzung in Zukunft entwickeln könnte.
Kosten und Produktion
Zunächst muss zwischen den wichtigsten „Wasserstoffarten“ differenziert werden.[1] Grauer Wasserstoff wird durch Dampfreformierung von Erdgas ohne CO2-Abscheidung produziert. Mit einem Preis von 2 USD/kg im Jahr 2023 ist er günstig, aber nicht klimaneutral, da pro Kilogramm Wasserstoff auch 10 Kilogramm CO2 frei werden. Blauer Wasserstoff entsteht ebenfalls durch Dampfreformierung, wobei entstehendes CO2 abgeschieden wird. Das reduziert CO2-Emissionen, erhöht die Kosten aber auf etwa 3 USD/kg. Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen, ist deshalb klimaneutral, liegt aber aktuell preislich bei 6,4 USD/kg.[2, 3] Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert durch Technologiefortschritte sinkende Kosten für grünen Wasserstoff auf bis zu 2 USD/kg bis 2030.[4] Eine genaue Bezifferung der Preise ist jedoch schwierig, da je nach Produktionsland und Wirtschaftslage unterschiedliche Preise für Wasserstoff erreicht werden können. Trotz der Tatsache, dass Wasserstoff ein sekundärer Energieträger ist, zeigen Prognosen jedoch, dass grüner Wasserstoff zukünftig durch deutlich sinkende Preise wettbewerbsfähig werden könnte.[5]
Aktuelle Einsatzbereiche
Wasserstoff ist in einigen Bereichen bereits unverzichtbar. Er wird in der Industrie direkt als Rohstoff zur Synthese von Chemikalien wie Düngemitteln oder in Erdölraffinerien zur Raffinierung von Mineralöl genutzt.[6] Stahlproduzierende Unternehmen planen, das konventionelle CO2-intensive Verfahren zur Stahlherstellung mit Kohle durch Wassersoff-Direktreduktionsverfahren ersetzen, um Emissionen zu reduzieren.[7] Im Transportbereich werden bereits wasserstoffbetriebene Schwerlast-LKW, Züge und Schiffe getestet, da Wasserstoff aufgrund seiner hohen gewichtsspezifischen Energiedichte und der relativ kurzen Betankungszeiten Vorteile gegenüber batterieelektrischen Antrieben hat.[8, 9] Außerdem kann Wasserstoff zur Energiespeicherung eingesetzt werden, um überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien saisonal zu speichern (als Ausgleich für Zeiten mit Dunkelflaute).[10]
Potenzielle zukünftige Anwendungen
Zukünftige Anwendungen könnte Wasserstoff im Verkehrswesen finden, wenn es weitere Fortschritte im Bereich von Brennstoffzellen-LKWs und -Zügen gibt.[11] Flugzeughersteller arbeiten an wasserstoffbetriebenen (Kurzstrecken-)Flugzeugen, die bis 20235 marktreif sein sollen.[12] Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien steigt der Bedarf an Speichersystemen, wobei Wasserstoff eine Schlüsselrolle einnehmen könnte.[13] Außerdem kann Wasserstoff fossile Rohstoffe im Bereich der chemischen Industrie ablösen (zum Beispiel in Synthesen mit CO2) und auch dort weiter an Bedeutung gewinnen. Der World Energy Outlook (2022) der IEA prognostiziert, dass die Menge an produziertem Wasserstoff von aktuell 0,3 auf 450 Mt mit Hauptanwendungen in den Bereichen Mobilität, Energieversorgung und Industrie ansteigen könnte. Dabei könnten knapp 75% der Wasserstoffmenge grün, also aus erneuerbaren Energien gewonnen werden.[14]
Ausblick
Die Kosten für grünen Wasserstoff könnten durch Fortschritte in der Elektrolysetechnologie und den Ausbau erneuerbarer Energie sinken. Gebiete mit günstigen Bedingungen für Solar- und Windenergie, wie der Nahe Osten oder afrikanische Länder könnten zu wichtigen Exporteuren werden.[15, 16] Laut Prognose könnte der Preis für grünen Wasserstoff auf bis zu 1,6 – 1,9 USD/kg bis 2030 fallen, also nahe an dem als wettbewerbsfähig geltenden „Schwellenwert“ von 1 USD/kg.[17] Laut dem Hydrogen Council könnte Wasserstoff bis 2050 etwa 20 % des weltweiten Energiebedarf decken und jährlich 6 Gigatonnen CO2 einsparen. Auch der Aufbau einer globalen Wasserstoffinfrastruktur wird vorangetrieben.[18]
Fazit
Wasserstoff ist aktuell teuer, jedoch auch jetzt schon in der Industrie und ersten Mobilitätsanwendungen unverzichtbar. Innovationen und Förderungen könnten ihn zunehmend wettbewerbsfähig machen. In schwer elektrifizierbaren oder dekarbonisierbaren Bereichen bietet Wasserstoff großes Potential, als klimafreundlicher Energieträger einen zentralen Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Quellen:
[1] Farben des Wasserstoffs. https://www.ewe.com/de/zukunft-gestalten/wasserstoff/die-farben-des-wasserstoffs. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[2] Durchschnittliche Produktionskosten von Wasserstoff nach Herstellungsmethode im Jahr 2023. https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1538529/umfrage/kosten-wasserstoff-produktionsmethode/#:~:text=Im%20%Jahr%202023%20kostete%20die,40%20US%2DDollar%20pro%20Kilogramm. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[3] Wissenswertes zu Wasserstoff. https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/wissenswertes. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[4] Global Hydrogen Review 2024. https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2024. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[5] Podcast: Warum ist Wasserstoff der Champagner der Energiewende? https://www.oeko.de/podcast/warum-ist-wasserstoff-der-champagner-der-energiewende/. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[6] Wasserstoffnutzung im Industrie-, Energie- und Mobilitätssektor. https://www.ikts.fraunhofer.de/de/industrieloesungen/wasserstofftechnologien/wasserstoffnutzung_im_industrie_energie_und_mobilitaetssektor.html. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[7] tkH2Steel®: mit Wasserstoff zur klimaneutralen Stahlproduktion. https://www.thyssenkrupp-steel.com/de/unternehmen/nachhaltigkeit/klimastrategie/klimastrategie.html. Abrufdatum: 7. Dezember 2024.
[8] Wo wird Wasserstoff in Deutschland bereits eingesetzt? https://www.bmuv.de/faq/wo-wird-wasserstoff-in-deutschland-bereits-eingesetzt#:~:text=Erste%20Elektromotoren%20mit%20Brennstoffzellen%2C%20die,derzeit%20knapp%20850%20zugelassene%20Pkw. Abrufdatum: 1. Dezember 2024.
[9] Brennstoffzellenkatalysatoren für eine saubere Zukunft. https://www.umicore.de/de/presse/stories/brennstoffzellenkatalysatoren-fur-eine-saubere-mobilitat/brennstoffzellen-vs-batterien-was-ist-der-unterschied-#:~:text=Wasserstoff%20hat%20eine%20wesentlich%20höhere,bis%20zu%20zwei%20Tonnen%20betragen. Abrufdatum: 2. Dezember 2024
[10] Saisonale Energiespeicherung mit Wasserstoff. https://www.carmen-ev.de/2024/04/18/saisonale-energiespeicherung-mit-wasserstoff/. Abrufdatum: 1. Dezember 2024.
[11] S. Chakraborty, S. K. Dash, R. M. Elavarasan, A. Kaur, D. Elangovan, S. T. Meraj, P. Kasinathan, Z. Said: Hydrogen Energy as Future of Sustainable Mobility. Front. Energy Res. 2022, 10 S. 893475.
[12] ZEROe – Towards the world’s first hydrogen-powered commercial aircraft. https://www.airbus.com/en/innovation/energy-transition/hydrogen/zeroe?gad_source=1&gbraid=0AAAAAqY2o7iHQREVkY7flv45WBooBrSv.&gclid=EAlalQobChMlgpn81_6zigMV2UVBAh3ENBd4EAAYASAAEgJSzvD_BwE#hydrogen?cid=psearchconq__company__DE-de__br__Google__SEA24__VI__&utm_source=Google&utm_medium=psearchconq&utm_campaign=company__DE-de__br__SEA24__VI&utm_content=-__. Abrufdatum: 5. Dezember 2024.
[13] D. Mahmoud Morsi Ali: Hydrogen Energy Storage, in Energy Storage Devices (Hrsg.: M. Taha Demirkan, A. Attia), IntechOpen, 2019.
[14] World Energy Outlook 2022. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2022. Abrufdatum: 2. Dezember 2024
[15] Die Wasserstoff-Chance für Afrika. https://hydrogencouncil.com/de/the-africa-hydrogen-opportunity/#:~:text=Unter%20den%20richtigen%20Rahmenbedingungen%20und,Mtpa%20im%20Jahr%202050%20steigen. Abrufdatum 2. Dezember 2024.
[16] Grüner Wasserstoff aus der Wüste – Hoffnungsträger für ein klimaneutrales Deutschland und für die EU? https://www.fes.de/referat-naher-mittlerer-osten-und-nordafrika/artikelseite/default-ad70b64684. Abrufdatum: 2. Dezember 2024.
[17] Grüner Wasserstoff: vom Hoffnungsträger zum sicheren Garanten für die Energiewende? https://www.accounting-for-transparency.de/de/gruener-wasserstoff-vom-hoffnungstraeger-zum-sicheren-garanten-fuer-die-energiewende/#:~:text=Grüner%20Wasserstoff%20kann%20sich%20so,9%20Dollar%20pro%20Kilogramm%20sinken. Abrufdatum: 5. Dezember 2024.
[18] Hydrogen for Net-Zero – A critical cost-competive energy vector. https://hydrogencouncil.com/en/hydrogen-for-net-zero/. Abrufdatum: 5. Dezember 2024.