Energiewende – grüner Wasserstoff für industrielle Prozesse

16.07.2020 enexion

Das Corona-Konjunkturpaket enthält mit Punkt 36 des Eckpunktepapiers die Kernpunkte einer nationalen Wasserstoffstrategie. Insgesamt sind hierfür 7 Milliarden € vorgesehen.

Um den Einsatz dieser Technologien auch in Deutschland im Industriemaßstab zu demonstrieren, sollen bis 2030 industrielle Produktionsanlagen von bis zu 5 GW Gesamtleistung, einschließlich der dafür erforderlichen Offshore- und Onshore-Energiegewinnung entstehen. Für den Zeitraum bis 2035 werden nach Möglichkeit weitere 5 GW zugebaut. Bis 2040 werden die weiteren 5 GW spätestens entstehen. Neben der Prüfung, ob die Wasserstoffproduktion über Ausschreibungen von Elektrolyseleistungen gefördert werden kann, soll der Umstieg von fossilen Energieträgern auf Wasserstoff insbesondere bei industriellen Prozessen in der Entwicklung und Prozessumstellung gefördert werden.

Selbstverständlich soll nur sogenannter Grüner Wasserstoff  hergestellt werden und zum industriellen Einsatz kommen. Deshalb muss die Stromerzeugung vor allem mittels erneuerbarem Energieträger Windkraft in die Konzeption integriert werden. Wasserstofferzeugung mittels fossilem Energieträger Gas widerspräche dem Klimaschutzgedanken. Der Produktionsweg vereinfacht: Mittels erneuerbarer Energieträger erzeugter Strom wird durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. In Brennstoffzellen wird der Wasserstoff wieder in Strom umgewandelt und vielfältig verwendet.  Wo es möglich ist, kann der gewonnene Wasserstoff auch direkt eingesetzt werden. RWE zum Beispiel stellt sich das so vor.

Zur Erzeugung von grünem Wasserstoff wird eine große Menge erneuerbar erzeugter Strom benötigt. Entgegen der landläufigen Meinung ist dieser noch nie in dem Umfang erzeugt worden, dass er ausgereicht hätte, Deutschland auch nur eine Stunde lang komplett mit dem benötigten Strom zu versorgen. Wasserstoff aus überschüssigem grünen Strom zu erzeugen ist graue Theorie. Deshalb müsste erneuerbar erzeugter Strom, der ansonsten in das allgemeine Stromnetz eingespeist würde, für die Wasserstoffherstellung ´abgezweigt` werden. Das hätte allerdings zur Folge, dass entsprechend mehr konventioneller Strom erzeugt werden müsste, um den Bedarf zu decken. Deshalb ist vorgesehen, neue On- und Offshore-Anlagen zwecks Energiegewinnung zu errichten und den dort erzeugten Strom zur Wasserstoffherstellung zu verwenden. Was unter dem Strich den gleichen Effekt hat, wie das ´Abzweigen`. Denn der mittels erneuerbarer Energieträger erzeugte Strom wird nicht in´ s allgemeine Netz eingespeist. Er fehlt dort also anteilig. Dieser Teil wird ebenfalls konventionell hinzu erzeugt werden müssen. Faktisch besteht der für die Wasserstoffgewinnung verwendete Strom klimatechnisch gesehen aus dem allgemeinen Strom-Mix in Deutschland. Der liegt aktuell bei 50% erneuerbar, 50% konventionell erzeugtem Strom. Auch dann, wenn der Strom zur Elektrolyse komplett aus einem Windpark stammt. Leider ist deshalb die Speicherung von „überschüssigem“ grünen Strom mithilfe von Wasserstoff eine Illusion. Real würde dies erst, wenn die gesamte Stromerzeugung „erneuerbar“ wäre. Ob es dazu jemals kommen wird, soll hier nicht diskutiert werden. Stattdessen schauen wir auf die Effizienz, die dem Prozess Strom aus Wasserstoff mittels Brennstoffzellen zu erzeugen zu Grunde liegt.

Bereits vor knapp 10 Jahren hat sich Ulf Bossel mit den Vor- und Nachteilen der Wasserstofftechnologie beschäftigt und kam zu dem Schluss, dass durch Elektrolyse mittels Brennstoffzellen gerade mal 25% der ursprünglich eingesetzten Energie wieder in nutzbaren Strom umgewandelt werden kann. Nutz man zum Betrieb dieses Prozesses auch noch eine Energieerzeugung wie die Windkraft, die selbst eine sehr große installierte Leistung vorhalten muss, um überhaupt einen nennenswerten Beitrag zur Energieversorgung zu leisten, werden die Zahlen schnell fragwürdig.

Die Rechnung ist einfach, wie ernüchternd. Beträgt die installierte Leistung eines Windrades bspw. 3 MW (die Zahl, die gerne angegeben wird), produziert dieses Windrad mit dieser Leistung im Schnitt dennoch über das Jahr gemessen nur 22%, sog. Vollbenutzungsstunden (da ansonsten kein oder zu wenig Wind weht). Nun möchte man mit diesem Strom Wasserstoff herstellen, der produziert, gelagert, transportiert und in einer Brennstoffzelle wieder zu Strom umgewandelt wird. Klingt einfach, ist jedoch ein sehr verlustbehafteter Prozess. Nur etwa 25% des ursprünglich eingesetzten Stroms stehen am Ende wieder als Energie zur Verfügung.

Von den „3 MW“, bleiben am Ende nur „0,165 MW“ übrig. Das ist in etwa so, als ob man den Teig von 100 Pizzen benötigt, um am Ende lediglich 5 servieren zu können. Aber keine Sorge, natürlich bekommen die Betreiber den Teig für die 100 Pizzen von den Stromverbrauchern in Deutschland erstattet.

Die Rechnung dient lediglich zur Veranschaulichung, welcher Aufwand getrieben werden muss, Strom aus grünem Wasserstoff zu gewinnen. Wobei dieser noch nicht mal komplett grün ist, sondern nur zu Hälfte, wie oben gezeigt wurde.

Abschließend lässt sich sagen, dass die geplanten 7 Milliarden € in Forschungs- und Testprojekte fließen werden. Die Projektierer haben damit für lange Zeit ein gutes Auskommen. Sei es ihnen gegönnt. Für Deutschland, für seine Bürger wäre es hingegen sinnvoller, wenn sich Politiker und ihre Berater erstmal ausführlich mit dem vor 10 Jahren veröffentlichten Bossel-Papier beschäftigen würden. Denn jede Versorgungsstrategie muss möglichst früh sich der Frage stellen, ob sie zu einem wettbewerbsfähigen Energieversorgungssystem führt, welches sich ohne ewige Subventionen (gerade in einem stark exportabhängigen Land) am Markt durchsetzen kann.

Vielleicht sollte man auch die Rechnung aufmachen, welche schnellen Umwelteffekte zu erzielen wären, würde man die 7 Milliarden € z. B. den bereits jetzt sicher möglichen Ersatz von (sich weltweit im Ausbau befindlichen) Kohlekraftwerken gegen moderne Gaskraftwerke einsetzen.

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