Mobilität

Wasserstoff – Treibstoff für die Zukunft?

Die Erwartungen sind groß, die Technologien vorhanden und erprobt: Gelingt jetzt der Start in die Wasserstoffwirtschaft? Noch fehlen die Vernetzung der Akteure und etablierte Geschäftsmodelle.

09/2020


Eine funktionierende Wasserstoffwirtschaft braucht ein Netzwerk von der Erzeugung über die Verteilung bis zur Nutzung.

Sprung ins Jahr 2030. Die Coro­na-Pan­de­mie liegt lange zurück, die Wirt­schaft hat sich erholt, aber auch ver­än­dert. Nach­hal­tig­keit heißt das Gebot der Stun­de. Und das che­mi­sche Ele­ment mit der Ord­nungs­zahl 1 hat einen fes­ten Platz ein­ge­nom­men im Ener­gie­mix vie­ler Län­der in Euro­pa, Ame­ri­ka und Asien: Was­ser­stoff. Im Ver­kehr, in der Indus­trie und in der Gebäu­de­tech­nik hat er sich eta­bliert. Als Spei­cher für grü­nen Strom und als sau­be­rer Treib­stoff für den Stadt­ver­kehr ist er schon nicht mehr weg­zu­den­ken. Der Vor­lauf der Tech­no­lo­gie war lang. In Schwung kam der H2-Sie­ges­zug nur ein Jahr­zehnt zuvor.

Zurück ins Jetzt. Die Anzei­chen, dass diese Visi­on zur Rea­li­tät wird, meh­ren sich. Im Jahr 2020 haben die Euro­päi­sche Union und Deutsch­land ihre Was­ser­stoff­stra­te­gi­en für das kom­men­de Jahr­zehnt beschlos­sen und För­der­mit­tel bereit­ge­stellt. Und es gibt immer mehr Anwen­dungs­fäl­le für effi­zi­en­te Was­ser­stoff­nut­zung, ins­be­son­de­re in Indus­trie und Ver­kehr.

Eine realistische Vision?

Woran fehlt es nun noch? Was muss gesche­hen, um der Nut­zung von Was­ser­stoff end­gül­tig und nach­hal­tig zum Durch­bruch zu ver­hel­fen? Zum Bei­spiel gilt es jetzt, die wesent­li­chen Akteu­re zu ver­net­zen – von der Erzeu­gung über die Spei­che­rung und Dis­tri­bu­ti­on bis zu den Her­stel­lern was­ser­stoff­be­trie­be­ner Fahr­zeu­ge und Anla­gen sowie den gewerb­li­chen und pri­va­ten Nut­zern. Zugleich fehlt es noch an einer ein­heit­li­chen und trans­pa­ren­ten Beprei­sung – etwa über eine zen­tra­le Börse, wie beim Strom. Und auf der tech­ni­schen Seite muss der Anteil des „grü­nen“, per Elek­tro­ly­se und mit rege­ne­ra­ti­ven Ener­gi­en erzeug­ten Was­ser­stoffs wei­ter stei­gen.

Wenn diese Vor­aus­set­zun­gen erfüllt sind, kön­nen sich etwa was­ser­stoff­be­trie­be­ne Brenn­stoff­zel­len-Hei­zun­gen und Lkw mit Was­ser­stoff­an­trieb auf brei­ter Front eta­blie­ren. Die che­mi­sche Indus­trie fände ver­läss­li­che Abneh­mer für den Stoff, der dort oft als Reak­ti­ons­pro­dukt ent­steht. Und Stahl­er­zeu­ger könn­ten nach der Umstel­lung ihrer Hoch­öfen von der Bekoh­lung auf Was­ser­stoff auf­grund der gerin­ge­ren CO2-Abga­ben erheb­lich güns­ti­ger und zudem umwelt­scho­nen­der pro­du­zie­ren.

AUF EINEN BLICK

Die Vorteile von Wasserstoff

Die Wasserstoffnutzung schafft echte Win-win-Situationen für alle Beteiligten der Prozesskette.  
  • Energiewirtschaft: Speicherung und bedarfsgerechte Bereitstellung von durch Wind-, Wasser- oder Sonnenenergie erzeugtem Strom.
  • Infrastruktur: Neues Geschäftsfeld, beispielsweise für Häfen, Tankstellen, Energieversorger und kommunale Versorger.
  • Industrie: Erreichen von Nachhaltigkeitszielen, Kostenersparnis durch Vermeidung von Sanktionen und Abgaben (CO2-Steuer).
  • Transport und Logistik: Reduktion von CO2-Emissionen und Lärm, größere Reichweiten durch kompakte Speicherfähigkeit.

Japan als Vorbild

Als Leit­bild für die Umset­zung von Was­ser­stoff­stra­te­gi­en kann Japan die­nen. 2017 setz­te sich die Nati­on das Ziel, bis 2030 eine glo­ba­le Lie­fer- und Abneh­mer­ket­te voll­stän­dig auf­zu­bau­en – mit 800.000 Brenn­stoff­zel­len­au­tos, 1.200 Bus­sen und 10.000 Gabel­stap­lern allein in Japan. Die Gebäu­de­tech­nik ist schon in Tei­len umge­stellt: Seit 2009 wur­den rund 300.000 klei­ne Block­heiz­kraft­wer­ke auf Brenn­stoff­zel­len­ba­sis instal­liert, bis 2030 sol­len es mehr als fünf Mil­lio­nen sein. Sie lie­fern Wärme und Strom für Haus­hal­te, aber auch für die belieb­ten „kon­bi­ni“. Das sind Mini-Super­märk­te, die rund um die Uhr geöff­net sind und kon­stan­ten Bedarf an Ener­gie in Form von Wärme und Strom haben – eine idea­le Anwen­dung für Brenn­stoff­zel­len.

Das Bei­spiel Japan zeigt: Die Was­ser­stoff­wirt­schaft hat das Poten­zi­al zur nach­hal­ti­gen Ener­gie­er­zeu­gung inklu­si­ve Ein­hal­tung der CO2-Emis­si­ons­zie­le. Und sie könn­te einen „Boost“ in vie­len Indus­trie­bran­chen erzeu­gen, die Bau­stei­ne für diese neue Tech­no­lo­gie ent­wi­ckeln, ein­set­zen und expor­tie­ren. Nach einer aktu­el­len Stu­die des VDMA (Ver­band Deut­scher Maschi­nen- und Anla­gen­bau) eröff­net sich für den welt­wei­ten Maschi­nen- und Anla­gen­bau ein Markt­po­ten­zi­al von über 300 Mil­li­ar­den Euro pro Jahr, wenn die Unter­neh­men gezielt „grüne“ Tech­no­lo­gi­en ent­wi­ckeln. Das ent­spricht 12 bis 15 Pro­zent des welt­wei­ten Gesamt­um­sat­zes in der Bran­che – oder dem aktu­el­len Gesamt­um­satz des deut­schen Maschi­nen- und Anla­gen­baus. Was­ser­stoff­af­fi­ne Inno­va­tio­nen, so die Stu­die, bie­ten hier sehr gro­ßes Poten­zi­al.

Die Vor­tei­le des Stoffs sind lange bekannt: Der Ener­gie­trä­ger ist vor allem an Che­mie­stand­or­ten vor­han­den, seine Lage­rung und Ver­tei­lung stel­len kein gro­ßes Pro­blem dar, und die „Ver­brau­cher“, wie zum Bei­spiel Brenn­stoff­zel­len und adap­tier­te Ver­bren­nungs­mo­to­ren, sind eben­falls erprobt. Seit mehr als zwan­zig Jah­ren wird über das Thema dis­ku­tiert, doch noch kam der Was­ser­stoff­kreis­lauf ein­fach nicht in Schwung.

Trotz Grundlagen fehlende Vernetzung

Aktu­ell sieht es aber so aus, als könn­te der Start­schuss fal­len. Chris­ti­an Ditt­mer-Peters, Part­ner von Por­sche Con­sul­ting, sagt: „Jetzt kommt es auf drei wesent­li­che Fak­to­ren an: Trans­pa­renz, bei­spiels­wei­se über die Her­kunft und die aktu­ell ver­füg­ba­ren Men­gen von Was­ser­stoff, klare Regu­la­ri­en etwa zum Han­del des Gases und – am aller­wich­tigs­ten – eine Ver­net­zung der Betei­lig­ten. Denn Was­ser­stoff kann nur dann auf brei­ter Basis zum Ein­satz kom­men, wenn sich ein Netz­werk mit ent­spre­chen­den Geschäfts­mo­del­len eta­bliert. Das umfasst neben Infra­struk­tur und Tech­nik auch ganz neue Ser­vice­an­ge­bo­te und Dienst­leis­tun­gen.“

Genau hier hakt es noch. Ditt­mer-Peters beschreibt die aktu­el­le Kon­stel­la­ti­on als eine Patt­si­tua­ti­on, in der die ver­schie­de­nen Akteu­re jeweils auf ande­re Betei­lig­te in der Pro­zess­ket­te war­ten: „Aktu­ell sind Inves­ti­tio­nen in die Was­ser­stoff­er­zeu­gung und ‑ver­tei­lung, in Tank­stel­len und Ver­teil­zen­tren not­wen­dig. Dazu sind auch viele Unter­neh­men bereit. Damit sich die betei­lig­ten Part­ner ver­läss­lich enga­gie­ren und in die glei­che Rich­tung gehen, müs­sen sie sich ver­net­zen und lang­fris­tig trag­fä­hi­ge Geschäfts­mo­del­le ent­wi­ckeln.“

Auch für diese Ent­wick­lung ste­hen die Chan­cen zur­zeit so gut wie nie. „Das Poten­zi­al ist enorm, denn es gibt zahl­rei­che Lücken in der Wert­schöp­fungs­ket­te, die noch besetzt wer­den müs­sen“, so Ditt­mer-Peters. Für eta­blier­te Unter­neh­men im heu­ti­gen Ener­gie­mix, etwa aus der petro­che­mi­schen Indus­trie, sei noch ganz und gar nicht klar, wel­che Rolle sie künf­tig ein­neh­men wer­den. Erzeu­ger? Lie­fe­rant? Oder doch eher Abneh­mer? Und wel­che neuen Part­ner oder Wett­be­wer­ber posi­tio­nie­ren sich?

Duisport: H2-Infrastruktur für die Binnenhäfen

Ganz unter­schied­li­che Akteu­re inves­tie­ren aktu­ell in kon­kre­te Anwen­dungs­fäl­le von Was­ser­stoff – zum Bei­spiel Dui­sport, der größ­te Bin­nen­ha­fen und zugleich die zen­tra­le Logis­tik­dreh­schei­be Euro­pas. Für den Duis­bur­ger Hafen am Rhein ist die Was­ser­stoff­nut­zung ein wich­ti­ger Bestand­teil der Nach­hal­tig­keits­stra­te­gie, des­halb gehört er auch zu den Betei­lig­ten des Joint Ven­tures RH2INE (Rhine Hydro­gen Inte­gra­ti­on Net­work of Excel­lence). „Die­ses Pro­jekt hat die Ein­füh­rung was­ser­stoff­be­trie­be­ner Bin­nen­schif­fe ent­lang des Rhein-Alpen-Kor­ri­dors und den Auf­bau einer Was­ser­stoff­in­fra­struk­tur in den Rhein­hä­fen bis 2030 zum Ziel“, so Erich Staa­ke, Vor­stands­vor­sit­zen­der von Dui­sport. Die EU för­dert das For­schungs­vor­ha­ben zu tech­no­lo­gi­schen und gesetz­li­chen Vor­aus­set­zun­gen für die Was­ser­stoff-Bin­nen­schiff­fahrt zwi­schen Rot­ter­dam und Genua mit einer hal­ben Mil­li­on Euro.

Die Farben des Wasserstoffs

Ist Wasserstoff gleich Wasserstoff? Grundsätzlich ist er gasförmig und farblos. Die Herkunft des Energieträgers aber macht den Unterschied. Sie wird anhand eines Farbensystems ausgewiesen. Das sind die wichtigsten drei:
Grün: wird durch Elektrolyse von Wasser erzeugt, mit Strom aus regenerativen Energiequellen ‒ nur so gewonnener Wasserstoff ist CO2-neutral. Grau: wird aus fossilen Energiequellen gewonnen ‒ sein Einsatz kann für eine Übergangszeit sinnvoll sein. Blau: wird zunächst als grauer Wasserstoff gewonnen, wobei bei der Erzeugung im CCS-Verfahren (Carbon Capture and Storage) CO2 abgeschieden und gespeichert wird.

Wasserstoff für die Stahlerzeugung

Ähn­lich ambi­tio­niert ist das Gemein­schafts­pro­jekt des Stahl­pro­du­zen­ten Thys­sen­krupp Steel Euro­pe und des Ener­gie­ver­sor­gers RWE. Am nie­der­säch­si­schen Kraft­werks­stand­ort Lingen/Emsland plant RWE den Bau eines Ele­kro­ly­se­urs zur Erzeu­gung von „grü­nem“ Was­ser­stoff. Genutzt wer­den soll die­ser dann unter ande­rem von Deutsch­lands größ­tem Stahl­er­zeu­ger für die Roh­ei­sen­her­stel­lung, und zwar am Stand­ort Duis­burg. Der 100-MW-Elek­tro­ly­seur wird in der Lage sein, pro Stun­de 1,7 Ton­nen Was­ser­stoff zu erzeu­gen. Das bedeu­tet:
Thys­sen­krupp Steel kann pro Jahr 50.000 Ton­nen kli­ma­neu­tra­len Stahl pro­du­zie­ren und zugleich Kos­ten spa­ren, weil CO2-Abga­ben ent­fal­len. Bis 2022 soll die Umstel­lung, die einen ganz erheb­li­chen Kli­ma­schutz­ef­fekt mit sich bringt, umge­setzt wer­den.

Das Vor­ha­ben ist Teil der Initia­ti­ve Get H2, eines Zusam­men­schlus­ses von Unter­neh­men und For­schungs­in­sti­tu­tio­nen, die einen wett­be­werbs­ori­en­tier­ten Was­ser­stoff­markt in Deutsch­land eta­blie­ren wol­len. Den Anfang mach­te das „Pro­jekt Lin­gen“, in dem acht Part­ner ent­lang der Sek­to­ren Ener­gie, Indus­trie, Ver­kehr und Wärme koope­rie­ren. „Ent­schei­dend ist jetzt, die Tech­nik nicht nur in klei­nen F&E‑Projekten zu erpro­ben, son­dern sie auch mit grö­ße­ren Pro­jek­ten in einem ganz­heit­li­chen Ansatz zur Seri­en­rei­fe zu brin­gen. Hier­zu wol­len wir mit unse­rem Pro­jekt einen wesent­li­chen Bei­trag leis­ten“, so Jörg Mül­ler, Geschäfts­füh­rer von Ener­trag, einem der betei­lig­ten Unter­neh­men. Das Bei­spiel zeige die Bedeu­tung einer durch­gän­gi­gen Ver­net­zung ent­lang der H2-Wert­schöp­fungs­ket­te, so Chris­ti­an Ditt­mer-Peters: „Wenn die rich­ti­gen Leute von der Erzeu­gung über die Spei­che­rung und Ver­tei­lung bis zur Nut­zung von Was­ser­stoff an einen Tisch kom­men und ein Zusam­men­ar­beits­mo­dell fin­den, pro­fi­tie­ren alle.“ Der Anfang ist gemacht.

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