Warum Wasserstoff bei den erneuerbaren Energien weltweit auf dem Vormarsch ist

Eine Beimischung von 10 % Wasserstoff zum gesamten jährlich transportierten Gas von Snam würde dazu führen, dass jährlich 7 Milliarden Kubikmeter H₂NG (Wasserstoff-Erdgas-Gemisch) in das Netz eingespeist werden. Das reicht aus, um 3 Millionen Haushalte zu beheizen, und würde die Kohlendioxid-Emissionen um 5 Millionen Tonnen reduzieren.

Derzeit wird in Europa bei weitem nicht genug sauberer Wasserstoff produziert, um einen solchen Anteil am Gesamtenergieverbrauch zu erreichen. Die im vergangenen Juli gestartete Wasserstoffstrategie der Europäischen Kommission mit dem Ziel von 10 Millionen Tonnen Wasserstoff bis zum Jahr 2030 liefert jedoch einen Fahrplan für mögliche Regelungen, die den Einsatz erneuerbaren Wasserstoffs als Kraftstoff, der durch bestehende Erdgasnetze transportiert wird, erhöhen könnten.

In Großbritannien, wo das Heizen die größte Quelle für Kohlenstoffemissionen ist, befinden sich bahnbrechende Versuche mit wasserstoffbetriebenen Heizsystemen in einem frühen Stadium. Nach der Ankündigung eines 10-Punkte-Plans für eine grüne industrielle Revolution durch die Regierung im vergangenen Dezember haben alle Eigentümer der britischen Gasnetzbetreiber - Cadent, National Grid, Northern Gas Networks, SGN und Wales & West Utilities – Pläne vorgestellt, wie sie von Erdgas auf die Lieferung von Wasserstoff umsteigen wollen.

Um die Bestrebungen in die Praxis umzusetzen, werden mehr als 650 Haushalte und gewerbliche Gebäude in der Kleinstadt Winlaton in Gateshead, Tyne and Wear über einen Zeitraum von 10 Monaten ein Erdgasgemisch mit bis zu 20 % Wasserstoff testen. Die britische Regierung plant, bis zu 500 Mio. £ (695 Mio. US-$) zu investieren, um im Jahr 2023 eine Wasserstoffsiedlung, im Jahr 2025 ein Wasserstoffdorf und vor 2030 eine vollständig mit Wasserstoff betriebene Stadt zu schaffen.

„Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass die Beimischung von grünem Wasserstoff zu Methan nicht linear stattfinden wird“, warnt Giacomo Chiavari, Strategy Leader bei EY-Parthenon Italien, EY Advisory S.p.A. „Da die beiden Gase äußerst unterschiedliche Charakteristika aufweisen, werden Machbarkeitsstudien erforderlich sein, denn Wasserstoff ist in Bezug auf die Standards, die Pipeline und Kompressoren erfüllen müssen, um einiges anspruchsvoller. Darüber hinaus müssten die Verbrauchsstellen jedes Mal, sobald sich der Energiemix ändert, parallel angepasst und weiterentwickelt werden. Eine massive Umstellung des Netzwerks von Methan hin zu Wasserstoff wird viele technologische Hindernisse überwinden müssen.

„Pragmatisch betrachtet könnte eine lokalisierte Erzeugung von Wasserstoff in der Nähe des größten Verbrauchspunktes eine Lösung sein, um die Verteilung zu vereinfachen.“

Grüner Wasserstoff bietet ein enormes Potenzial als Wegbereiter für die Dekarbonisierung des Energieverbrauchs in Europa. Angesichts der enormen Herausforderung – und der Tatsache, dass die Technologie noch im Anfangsstadium steckt – ist es jedoch unwahrscheinlich, dass grüner Wasserstoff eine kurzfristige Wunderwaffe wird – es sei denn, Anreizsysteme füllen die Rentabilitätslücke der Technologie.

Während grüner Wasserstoff kurz vor dem Durchbruch steht, müssen sowohl die Nachfrage als auch die Angebotsseite stärker unterstützt und die Produktionskosten gesenkt werden. Derzeit richten sich alle Augen auf China. Der riesige Binnenmarkt des Landes, große staatliche Unternehmen, angesehene Forschungseinrichtungen und die reichlich vorhandenen erneuerbaren Ressourcen geben dem Land die notwendigen Bausteine, um eine Grüner-Wasserstoff-Supermacht zu werden.

China ist bereits der größte Wasserstoffproduzent der Welt, obwohl ein Großteil dieser Produktion aus fossilen Brennstoffen stammt. Mit dem Versprechen der Nation, bis zum Jahr 2060 einen Netto-null-Verbrauch zu erreichen, wird erwartet, dass grüner Wasserstoff eine integrale Rolle bei der Umstellung spielen wird. Die China Hydrogen Alliance prognostiziert, dass Wasserstoff 20 % des Energiemixes der Nation ausmachen wird.

Wenn China seine hochgesteckten Ziele für erneuerbaren Wasserstoff erreichen will, ist ein koordinierter Ansatz für das Land unerlässlich, um seine Größenvorteile zu nutzen und Zusammenarbeit in der Branche zu fördern, die für eine aufstrebende Technologie von größter Bedeutung ist. 2018 von der National Energy Group gegründet, dient die China Hydrogen Alliance als Bindeglied zwischen den Hauptakteuren. Sie ist zudem ein Katalysator für Maßnahmen zur Behebung technologischer Schwachstellen in der Wertschöpfungskette.

Mit mehr als 100 Mitgliedern hat die Allianz eine „Wasserstoff-Gemeinschaft“ etabliert und spielt eine vielfältige Rolle in der Entwicklung von erneuerbarem Wasserstoff, indem sie Innovationen vorantreibt, Produktion und Zusammenarbeit ermöglicht und somit den Fortschritt des Sektors aufzeigt.

Diese Allianz hat Think Tanks gegründet, fördert die Forschungszusammenarbeit zwischen Industrie und Universitäten, hat mit dem Aufbau einer Big-Data-Plattform begonnen, die Herstellung und den Transport von Ausrüstungen und Basismaterialien für Großunternehmen initiiert, einen technische Fahrplan für eine Wasserstoff-Energiestrategie erstellt und den Standard für grünen Wasserstoff in China definiert. Darüber hinaus wird die Einrichtung eines Innovationszentrums für grünen Wasserstoff geprüft.

Da die China Hydrogen Alliance die Zusammenarbeit auf Branchenebene vorantreibt, hat der Sektor politische Unterstützung erhalten, insbesondere in Bezug auf die Wertschöpfungskette von wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenfahrzeugen. Eine Handvoll Städte und sog. Städte-Cluster wurden als Demonstrationsstädte für Brennstoffzellenfahrzeuge ausgewählt, wobei jeder Verbund im Rahmen eines Anreizsystems bis zu 2 Mrd. ¥ (308 Mio. US-$) erhalten kann. Dies hängt davon ab, wie erfolgreich sie bei der Erfüllung von Zielvorgaben sind. Darunter fällt z. B. eine Mindestreichweite der Fahrzeuge, die Platzierung von mindestens 1.000 Fahrzeugen im Städteverbund und von technischen Parametern zur Leistung und Leistungsdichte von Brennstoffzellen. Zusätzlich stehen ¥200 Mio. (30 Mio. US-$) für jedes Städte-Cluster zur Verfügung, um die Ziele für die Betankungsinfrastruktur – etwa die Bereitstellung von mindestens 5.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr – und eine Reduzierung der Kosten für Wasserstoff an der Zapfsäule auf unter 35 ¥/kg (5,3 US-$/kg) zu erreichen. Insgesamt beläuft sich die geschätzte Unterstützung für das Programm auf fast 10 Mrd. ¥ (1,5 Mrd. US-$).

Während China die Produktion von erneuerbarem Wasserstoff vorantreibt, spielt es auch international eine Schlüsselrolle bei der Verbreitung von Wasserstoff. Die China Hydrogen Alliance hat die internationale Zusammenarbeit in diesem Sektor gepflegt und Workshops mit Japan, den USA und Europa veranstaltet. Mit Blick auf die Zukunft hat China – mit seinen enormen erneuerbaren Ressourcen, seinen Größenvorteilen und seinem wettbewerbsfähigen Arbeitsmarkt – alle Voraussetzungen, um ein wichtiger Exporteur von grünem Wasserstoff zu werden. Die Ausweitung der Produktion in den kommenden Jahren wird zu einer größeren Arbeitsteilung führen, die Spezialisierung der Produktion fördern und die Arbeitsleistung und Produktionseffizienz verbessern. Das letzte Puzzleteil wäre jedoch ein Durchbruch bei der Wasserstoffspeicherung und Transporttechnologie im großen Maßstab und über lange Strecken.

Weiterhin sind technologische Innovationen nötig, um grünen Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen; China befindet sich bereits auf dem sehr guten Weg. Das Land ist schon heute der weltweit größte Produzent von Solar- und Windenergie. Wenn es seinen Vorsprung bei der Produktion von grünem Wasserstoff ausbauen kann, wird die Nation die globalen Lieferketten und Technologien für erneuerbare Energien dominieren.