Kapitel 1
Senkung der Kosten für CO2-armen Wasserstoff
Es sind Subventionen nötig, um die Kosten von grünem und blauem Wasserstoff auf das Niveau konventioneller Brennstoffe zu senken.
Soll grüner Wasserstoff diese Rolle in großem Maßstab einnehmen, so muss er gegenüber blauem und grauem Wasserstoff sowie anderen herkömmlichen Alternativen wettbewerbsfähig werden. Laut dem Bericht Clean Hydrogen Monitor 2020 von Hydrogen Europe betragen aktuell in Europa die Erzeugungskosten für grauen Wasserstoff in Abhängigkeit von den Preisen für Erdgas und unter Außerachtlassung des CO2-Preises rund 1,50 Euro pro Kilogramm. Durchschnittlich liegen in den meisten EU-Ländern gegenwärtig die Kosten für blauen Wasserstoff bei rund 2 Euro pro Kilogramm und für grünen Wasserstoff bei 5 Euro bis 6 Euro pro Kilogramm.
Des Weiteren wird in dem Bericht ausgeführt, dass Wasserstoff sein Potenzial in einer dekarbonisierten Wirtschaft nur wird entfalten können, wenn er „massenhaft auf nachhaltige Weise erzeugt wird. Dazu müssen jedoch die Preise für sauberen (grünen und blauen) Wasserstoff weitestgehend denen für herkömmliche Energieträger entsprechen. Gegenwärtig sind weder erneuerbarer (grüner) Wasserstoff noch CO2-armer (blauer) Wasserstoff im Vergleich zu auf fossilen Brennstoffen basierendem Wasserstoff wettbewerbsfähig.“
Verschiedene Studien haben aufgezeigt, dass die Kosten für CO2-armen Wasserstoff fallen. Insbesondere für grünen Wasserstoff zeigt eine auf durchschnittlichen Wind- und Sonnenbedingungen basierende Analyse von Hydrogen Europe in einzelnen europäischen Ländern, dass die Produktionskosten bei lediglich 2,90 Euro/kg liegen könnten, wenn in Südeuropa Photovoltaik (PV) eigesetzt würde, und bei 3,50 Euro/kg in Deutschland.
Da die Kosten derzeit in den meisten Ländern noch zwei bis drei Mal so hoch sind wie für grauen Wasserstoff, können derart niedrige Preise nur mit staatlicher Hilfe erzielt werden. „Egal, ob blauer oder grüner Wasserstoff, beide sind noch nicht wettbewerbsfähig im Vergleich zu den Energieträgern, die sie ersetzen sollen –diese Lücke muss geschlossen werden, und die Politik hätte die Möglichkeiten dazu“, so Allan Baker, Global Head of Power bei der Société Générale. „Der erneuerbare Energiesektor hat sich von der vollständigen Abhängigkeit von Subventionen gelöst und verfolgt nun einen wirtschaftlicheren Ansatz, und die gleichen Entwicklungen sind auch beim Wasserstoff zu beobachten.“
„Auch sollte beachtet werden, dass sich die Entwicklung sauberen Wasserstoffs in einem früheren Stadium als die erneuerbaren Energien befindet“, so Alan Mortimer, Direktor für Innovation beim Energiedienstleistungsunternehmen Wood. Weiter führt er dazu aus: „In der Anfangsphase ist eine gezielte Unterstützung notwendig, auch in Form von Subventionen und Hilfen für die Infrastruktur, um das Aktivitätsvolumen frühestmöglich zu steigern. In der Folge kann der Markt besser funktionieren, und es werden die Kosten aufgrund der Expansion der Branche wirksam gedrückt.“
Vergleichbar mit dem erneuerbaren Energiesektor, der sich von der vollständigen Abhängigkeit von Subventionen gelöst hat und nun einen wirtschaftlicheren Ansatz verfolgt, sind die gleichen Entwicklungen auch beim Wasserstoff zu beobachten.
Fallende Preise für erneuerbare Energien tragen erheblich zu fallenden Produktionspreisen für insbesondere grünen Wasserstoff bei – ebenso wie die Fortschritte bei der Entwicklung von Elektrolyseuren in den letzten Jahren.
„Die Kosten für erneuerbare Energien dominieren das Einnahmenmodell (für grünen Wasserstoff)“, erklärt Dr. Graham Cooley, Unternehmensleiter des britischen Elektrolyseure-Herstellers ITM Power. „Die Kosten für Elektrolyseure und ihre Nutzungslast sind zweitrangig, wobei der Wunsch der Industrie, den Wasserstoff zu kaufen, sobald er produziert wird, ebenfalls wichtig ist.“
Diese Tatsache hat die Aufmerksamkeit der Anleger geweckt, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette, aber insbesondere im Elektrolyseur-Bereich immer aktiver werden.
„Elektrolyseure sind wohl der interessanteste Teil (des Marktes)“, so Claes Orn, Unternehmensleiter und geschäftsführender Gesellschafter der Vermögensverwaltungsgesellschaft Orn & Cie mit Sitz in Genf, die den Thematica Future Mobility Fund verwaltet. „Dies ist das Rückgrat der grünen Wasserstoffwirtschaft. Noch befinden wir uns ganz am Anfang, aber das Gebiet ist sehr vielversprechend.“
Christophe Hautin, stellvertretender Portfoliomanager des Climate Transition Fund von Allianz Global Investors, der im europäischen Wasserstoffbereich investiert, ergänzt: „Als Anleger freuen wir uns über die Zusagen verschiedener Regierungen und Unternehmen in Europa, zur technologischen Entwicklung – insbesondere in Bezug auf die Elektrolyseurleistung – erhebliche Geldbeträge in den Sektor zu investieren. Genau dadurch werden das Interesse der Anleger und die Bewertungen dieser Unternehmen auf dem Markt positiv beeinflusst.“ Allerdings erklärt er auch weiter: „Subventionen sind Teil der Lösung, aber mit Sicherheit keine ausreichende Unterstützung für die Wasserstoffentwicklung im großen Stil.“
Tatsächlich ist der Ausbau der Produktion nur eine Seite der Medaille: Eine Stimulierung der Nachfrage nach CO2-armem Wasserstoff ist für seine Entwicklung ebenfalls von zentraler Bedeutung – und dafür ist die Unterstützung der Industrie und der Politik erforderlich, so die Meinung der Anleger.
Unterstützend wirkt, dass das Interesse des öffentlichen Sektors und der Anleger an der Produktion eine Verhaltensänderung der Industrie bei der Integration der zukünftigen CO2-armen Wasserstoffversorgung beflügelt hat. Weil die Politik in diesem Bereich aktiv ist, erwartet die Industrie Fördergelder, und dieser Umstand hat das Interesse an (grünem) Wasserstoff zuletzt wirklich gestärkt,“ so Cooley.
Die Regierungen setzen ehrgeizigere Emissionsziele. Um die Dekarbonisierung zu erreichen, spielen emissionsstarke Sektoren wie Transport, Beheizung von Wohnräumen und Schwerindustrie eine immer größere Rolle.
Kapitel 2
Grünen Wasserstoff durch die Ankurbelung der Nachfrage wirtschaftlich machen
Das „Was kommt zuerst“-Dilemma lässt sich nur durch eine gezielte Unterstützung der Infrastruktur bewältigen.
Im Transportsektor sind Großfahrzeuge und öffentliche Verkehrsnetze aufgrund ihres hohen Energiebedarfs und der erforderlichen schnellen Betankung ideale Kandidaten für einen Umstieg auf Wasserstoff. Fernlastwagen verfügen über den erforderlichen Platz zur Anbringung von Wasserstofftanks, während Flottenfahrzeuge – wie Busse und Taxis – eine zentralisierte Infrastruktur für die Betankung nutzen könnten.
Laut Jo Bamford, dem Eigentümer des Energieproduzenten Ryse Hydrogen und des nordirischen Busherstellers Wrightbus, könnten Verkehrsbeispiele wie diese zudem die Nachfrage so ankurbeln und die Kosten so senken, dass eine weitere Expansion möglich wäre.
„Ich habe 200 Busse, die jeden Abend in den Betriebshof zurückkehren – das ist eine Nachfrage“, sagt er. „Wenn Nachfrage besteht, kann ich produzieren, und wenn ich produziere, kann ich das Produzierte für den Rest der Wirtschaft einsetzen – LKW, Züge, Fähren usw.“
Jedoch bleibt die Infrastruktur für das Transportwesen „ein etwas schwaches Glied“, ergänzt Claes Orn vom Thematica Future Mobility Fund. Dann gesteht er aber zu, dass seitens der Politik und der Industrie ein „großer Wille“ vorhanden ist, sich diesem Anliegen zu widmen.
„Die Infrastruktur ist äußerst wichtig, ob Pipelines, Vorratstanks oder Tankstationen“, führt er weiter aus. „Wir sehen viele Möglichkeiten und große Fortschritte bei der Infrastruktur. In diesem Bereich sind Investitionen erforderlich, und die Erkenntnis, dass die Infrastruktur ausgebaut werden muss, setzt sich immer mehr durch.“
Deshalb wird dieses wertschöpfende, verhältnismäßig volumenarme Einsatzgebiet voraussichtlich regional entwickelt werden, ganz in Übereinstimmung mit der verteilten Produktion von grünem Wasserstoff. Auch ist es möglich, dass es zu volumenstarken Nachfragequellen hinzukommt, um die Wirtschaftlichkeit zu steigern.
Großfahrzeuge und öffentliche Verkehrsnetze sind ideale Kandidaten für einen Umstieg auf Wasserstoff. Fernlastwagen verfügen über den erforderlichen Platz zur Anbringung von Wasserstofftanks, während Flottenfahrzeuge – wie Busse und Taxis – eine zentralisierte Infrastruktur für die Betankung nutzen könnten.
Im Energiesektor könnte grüner Wasserstoff die Fluktuationsprobleme lösen, während der Anteil der erneuerbaren Energien an der Gesamtenergieproduktion immer weiter wächst. Bei der Umwandlung von Energie in Wasserstoff wird eine chemische Batterie erzeugt, die eine längere Speicherung ermöglicht als große Lithium-Ionen-Batterien.
„Ob die Speicherung von Windenergie, die nachts zur Nutzung am nächsten Tag erzeugt wird, oder die Speicherung der im Sommer erzeugten Solarenergie für den Winter – all dies wäre mit Wasserstoff in beträchtlichem Ausmaß möglich“, erläutert Alex Helpenstell, strategischer Berater bei EY-Parthenon.
Wenngleich jede Art von sauberem Wasserstoff in den Energiesektor eingegliedert werden könnte, hat Mitsubishi ein 3 Milliarden US-Dollar schweres Projekt zur Entwicklung von drei für grünen Wasserstoff ausgestatteten Kraftwerken in New York, Virginia und Ohio gestartet. Laut Paul Browning, Präsident und Vorstandsvorsitzender von Mitsubishi Power, wird das Werk anfangs zu 30 % mit Wasserstoff und zu 70 % mit Erdgas betrieben, wobei letztendlich ein Betrieb mit 100 % grünem Wasserstoff möglich sein wird. Nach der Inbetriebnahme plant Mitsubishi den Bau von mit Pipelines verbundenen unterirdischen Speichervorrichtungen, sodass die Werke nach einer gewissen Zeit vollständig auf Wasserstoff umsteigen können.
„Wir versuchen das Henne-Ei-Problem zu lösen, wo Investitionen in Wasserstoff unattraktiv sind, sofern es keine Kraftwerke gibt, die diesen Wasserstoff abnehmen, doch wird sich niemand ohne die für Lieferung des Wasserstoffs erforderliche Infrastruktur investitionswillig zeigen,“ erklärt Browning und verweist damit auf einen Punkt, der für jede Art sauberen Wasserstoffs gilt.
„Indem wir mit Kraftwerken beginnen, die zu 30 % grünen Wasserstoff verwenden, können wir Skaleneffekte erzeugen und so mehr erneuerbare Energien produzieren und uns zudem auf eine Zukunft vorbereiten, in der wir die Infrastrukturinvestitionen für einen vollständigen Umstieg von Erdgas auf 100 % Wasserstoff tätigen und Teil der Erneuerbare-Energien-Welt werden“, fügt er hinzu.
Pilotprojekte zur Einspeisung von Wasserstoff in das Erdgasnetz sind derzeit in den USA, in Australien, Japan und ganz Europa im Gange. Dies könnte in absehbarer Zeit eine signifikante Nachfragequelle nach CO2-armem Wasserstoff darstellen, von dem eine begrenzte Menge mit Erdgas kombiniert werden könnte, ehe die bestehende Pipeline-Infrastruktur aufgerüstet oder für die Endanwendungen angepasst werden.
Die Wasserstoffmenge, die mit Erdgas gemischt werden kann, hängt von den örtlichen Bestimmungen ab. Deutschland erlaubt derzeit unter bestimmten Umständen den höchsten Anteil. In Frankreich könnte laut einer Gruppe von Gasinfrastrukturbetreibern ein Anteil von bis zu 6 % derzeit möglich sein, ohne dass größere Änderungen an den Pipelines und den Heizsystemen der Endnutzer erforderlich wären.
In einem Bericht zu ihren Ergebnissen in diesem Bereich empfahl die Gruppe einen systemweiten Zielwert von 10 % Wasserstoff bis 2030 und von 20 % danach. Bis 2050, so das Ergebnis des Berichts, wären Wasserstoffvolumen von bis zu 40 TWh (ein Anteil von 32 %) möglich.
Für einen Wert von 100 % Wasserstoff im Gasinfrastruktursektor wären ein groß angelegter Umbau der Anlagen der Endnutzer, wie der Heizsysteme in den Privathaushalten, sowie die Einrichtung von Sicherheitsvorkehrungen für die Verwendung von Wasserstoff in Wohnumgebungen erforderlich. Allerdings würde schon ein Anteil von lediglich 5 % eine erhebliche Nachfragequelle im Vergleich zur aktuellen Wasserstoffproduktion darstellen, insbesondere in der Anfangsphase des Marktes.
Laut französischen Gasinfrastrukturbetreibern wäre derzeit ein Anteil von bis zu 6 % Wasserstoff möglich, ohne dass größere Änderungen an den Pipelines und den Heizsystemen der Endnutzer erforderlich wären. Bis 2050 wären Wasserstoffvolumen von bis zu 40 TWh (ein Anteil von 32 %) möglich.
Es gibt noch Spielraum für die Regierungen zur Einführung eines Einspeisetarif-Mechanismus, wie er derzeit in Großbritannien zur Förderung der Einspeisung von Biogas in das Gasnetz angewandt wird. Dadurch könnte der bestehende Gasmarkt als Nachfragequelle für Wasserstoff erschlossen werde.
Angesichts der wichtigen Rolle, die Wasserstoff laut Browning bei der längeren Speicherung spielen könnte, schlägt er vor, dass Regierungen und Unternehmen von den Versorgern mehr Energiespeicherkapazitäten verlangen, und spricht sich für Anreizmaßnahmen in den Frühphasen aus, um die höheren Kosten aufzufangen, solange die Skaleneffekte noch nicht erreicht werden.
Er verweist auf die Differenzkontrakte (CFDs) in Großbritannien sowie auf die Steuergutschriften für die Investition und Produktion bei erneuerbaren Energien in den USA. „Dies sind vertraute Anreize, die unserer Meinung nach gleichermaßen auf die Speicherung angewandt werden könnten“, so Browning.
Neben diesen konkreten Anwendungsfällen könnten solche Mechanismen auch zur Förderung von Investitionen in die Wasserstoffproduktion verwendet werden sowie zur Ankurbelung der Nachfrage, wenn sie auf einige der sich rasch weltweit ergebenen Anwendungsfälle übertragen werden. Mit einer derartigen Ausrichtung der Maßnahmen auf die Entwicklung der Produktion und Nachfrage lassen sich bei sauberem Wasserstoff am besten Skaleneffekte erzielen.
Kapitel 3
Förderung der Wasserstoffentwicklung durch Cluster
Häfen und andere energieintensive Orte könnten für die Steigerung der Nachfrage und die Entwicklung der Märkte eine Schlüsselrolle spielen.
Die Schwerindustrie stellt einen volumenintensiven Anwendungsfall für CO2-armen Wasserstoff dar, wo die notwendigen Mengen produziert werden könnten, um das „Henne-Ein-Dilemma“ zu lösen, so Jorgo Chatzimarkakis, Generalsekretär von Hydrogen Europe. Er argumentiert, dass die Schwerindustrie eine „low-hanging fruit“ sei, welche den Umstieg auf Wasserstoff schon bald erreichen könnte.
Industrielle Cluster werden bereits als Möglichkeit zur Unterstützung der Produktion von CO2-armem Wasserstoff sowie der Nachfrage danach erkundet. Beispielsweise prüft derzeit das britische Gigastack-Projekt, ob es möglich ist, einen industriellen Cluster in der Humber-Region im Norden Englands mit Strom zu versorgen. Die aktuelle Projektphase würde einen Elektrolyseur von 100 Megawatt mit dem Windpark Hornsea Two von 1,4 Gigawatt verbinden, der nach seiner Fertigstellung 2022 weltweit die größte Offshore-Windanlage sein wird. Auf der Nachfrageseite würde die zu Phillips 66 gehörende Humber Refinery den produzierten grünen Wasserstoff abnehmen, was eine wichtige Nachfragequelle für das Projekt wäre. Im vergangenen Februar wurde das Projekt von der britischen Regierung zur Unterstützung dieser Phase mit 7,5 Millionen britischen Pfund (8,3 Millionen Euro) ausgestattet.
Helpenstell von EY-Parthenon erklärt das Cluster-Konzept wie folgt: „Es muss einen einzigen Produktionspunkt mit einer garantierten Nachfrage aus der Industrie, gemeinsam genutzter Infrastruktur für eine lokale Betankung und Verteilung, zusammen mit einer Nachfrage von Schiffen, Zügen, Bussen, Gabelstaplern und Industriebetrieben in der Gegend geben. Die örtlichen Behörden können die Wasserstoffentwicklung durch Richtlinien für diese Gebiete unterstützen, sodass ein durchgängiger Markt entsteht.“
Industrielle Cluster können zur Unterstützung bei der Entwicklung von blauem und grünem Wasserstoff eingesetzt werden. Die lokalen Regierungen können auf Anreizen basierende Mechanismen und Produktionsmodelle auf ein bestimmtes Gebiet anwenden, wo ein Markt geschaffen und entwickelt werden kann. Die Infrastruktur kann dann an eine nahegelegene Stadt für die Mobilität, das Beheizen von Wohnungen und für den Strombedarf ausgebaut werden.
Gigastack ermittelt die rechtlichen, gewerblichen und technischen Bedürfnisse von sich entwickelnden Clustern in Bezug auf die Nachfrage nach Wasserstoff in energie-intensiven Gebieten, wie an Häfen, die hohe CO2-Emissionen und mehrere potenzielle Anwendungen aufweisen. Wenngleich der Schwerpunkt dieses Projekts auf grünem Wasserstoff liegt, können industrielle Cluster auch unterstützend zur Entwicklung sowohl von blauem als auch grünem Wasserstoff eingesetzt werden, da beide die gleichen Nachfragequellen unter Verwendung derselben Infrastruktur abdecken.
Die lokalen Regierungen können auf Anreizen basierende Mechanismen und Produktionsmodelle auf ein bestimmtes Gebiet anwenden, wo ein Markt geschaffen und entwickelt werden kann. Die Infrastruktur kann dann an eine nahegelegene Stadt für die Mobilität, zum Beheizen von Wohnungen und für den Strombedarf ausgebaut werden.
In Zukunft könnte Wasserstoff zur Dekarbonisierung ganzer Länder beitragen. Für die Länder, die nur in begrenztem Maße über eigene erneuerbare Ressourcen verfügen, könnte dieser Ansatz für die Erreichung der Netto-Null-Ziele eine zentrale Bedeutung haben. Länder wie Australien oder Japan erkunden derzeit Möglichkeiten zum Transport von verflüssigtem Wasserstoff.
Im Rahmen des Projekts European Hydrogen Backbone wird ebenfalls ein Pipeline-Netzwerk von fast 23.000 km Länge erkundet, das bis 2040 Wasserstoffangebots- und Nachfragezentren in ganz Europa verbinden würde. Das Netz würde zu drei Vierteln aus bereits existierenden Erdgaspipelines bestehen.
Wir sehen viele Möglichkeiten und Fortschritte bei der Infrastruktur. In diesem Bereich sind Investitionen erforderlich, und die Erkenntnis, dass eine Intensivierung der Maßnahmen erforderlich ist, setzt sich immer mehr durch.
Die für den Ausbau der grünen Wasserstoffindustrie erforderliche Zeit ist von technischen und wirtschaftlichen Faktoren abhängig – auch von der staatlichen Unterstützung der Branche. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass für einen großen Ausbau die Produktionskapazität der Elektrolyseure gesteigert werden muss, welche mit einer wichtigen Nachfragequelle, wie einem Industriecluster, verbunden werden kann. Dies wirkt sich förderlich auf die Skaleneffekte aus, die erforderlich sind, um die Wasserstoffindustrie auf die immer ambitionierteren staatlichen Dekarbonisierungsziele auszurichten.
Da die Politiker das Potenzial von Wasserstoff in Bezug auf die Dekarbonisierung erkannt haben, gehen von einer Unterstützung solcher Projekte die richtigen Signale aus, um parallel zur staatlichen Förderung private Investitionen anzuziehen. So kann grüner Wasserstoff eine wichtige Rolle bei der Erreichung der globalen Klimaziele spielen.
Fazit
Das Interesse an grünem Wasserstoff ist in diesem Jahr sowohl bei den Politikern als auch bei den Investoren stark angestiegen, wodurch dessen Potenzial zur Unterstützung der Dekarbonisierung unterstrichen wird. Die Technologie für die Produktion von grünem Wasserstoff ist zwar gereift, hat aber die Wirtschaftlichkeit noch nicht erreicht. Und so stellt sich die Frage, wie Regierungen und Investoren die Nachfrage anregen und die Produktion in großen Mengen unterstützen können, damit grüner Wasserstoff gegenüber fossilen Brennstoffen und anderen Dekarbonisierungsoptionen wettbewerbsfähig wird.
