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These: Knapper „Grünstrom“ bremst die nachhaltige Wasserstoffwirtschaft

  • Ökostrom wird vorerst vor allem zur Sicherung der Energieversorgung benötigt
  • Fokus liegt deshalb zunächst auf rosa und blauem Wasserstoff – für grüne Variante ist der Weg noch weit
  • Von öffentlich gefördertem Ausbau der Infrastruktur profitiert später aber auch grüner Wasserstoff

Die Zukunft von grünem Wasserstoff beginnt erst später

Wasserstoff (chemisch: H2) ist in klimapolitischen Strategien zur Dekarbonisierung der Wirtschaft seit vielen Jahren das Gas der Träume. Denn H2 erzeugt bei seiner industriellen Verwendung keine schädlichen CO2-Emissionen. Aus diesem Grund bietet sich das Gas grundsätzlich als Ersatz für fossile Brennstoffe bei besonders CO2-intensiven Produktionsprozessen und der Erzeugung von Wärme an. Wasserstoff könnte so signifikant dazu beitragen, bis zum Jahr 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Vielfältige und umfangreiche Investitions- und Förderprogramme auf nationaler und europäischer Ebene unterstützen deshalb den Aufbau einer stärker H2-basierten Wirtschaft1. Die Investitionsprogramme sollen dabei vor allem grünen Wasserstoffs fördern. Denn um eine wirklich klimaneutrale Wasserstoffwirtschaft zu etablieren, muss dieser bei der Erzeugung ohne zusätzliche CO2-Emissionen produziert werden. Das Konzept nachhaltige Wasserstoffwirtschaft steht und fällt deshalb mit der ausreichenden Verfügbarkeit von grünem Strom.

Der Ukraine-Krieg aber verändert die energiepolitischen Kalkulationen und könnte die zeitliche Umsetzung des Wasserstoff-Traums deutlich bremsen. Denn die Nachfrage nach Strom aus erneuerbaren Energiequellen steigt in anderen Wirtschaftsbereichen nun deutlich schneller an als erwartet. Auch diese sind gezwungen, nach Alternativen zu fossilen Energieträgern aus Russland zu suchen. Folge: Grüner Strom wird noch knapper sein als er es ohnehin schon gewesen wäre. Wo ist der extrem begehrte Ökostrom am sinnvollsten eingesetzt, oder anders gefragt: Sollte er in der momentanen Situation wirklich für die Produktion von grünem Wasserstoff genutzt werden?

Prioritäten verschieben sich

Neben ökologischen Gründen steigern hohe Öl- und Gaspreise unter rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten eigentlich die relative Attraktivität von grünem Wasserstoff. Denn bisherige Kostennachteile von grünem H2, im Vergleich zu alternativen Wasserstoffvarianten, gleichen sich an. Doch diese Aspekte treten beim Thema Energiepolitik gegenwärtig in den Hintergrund. Was zählt, ist vor allem schnelle Verfügbarkeit, um die Energiesicherheit aufrechtzuerhalten. Der geplante Verzicht auf russische Energie reißt eine Lücke in die Versorgung – nicht nur in Deutschland. Die stärkere Nutzung erneuerbarer Energie ist eine der wichtigsten Strategien, um diese wieder zu schließen. In der kurzen Frist bedeutet dies: Grüner Strom wird zur Sicherung der Stromversorgung und in einer Vielzahl anderer Wirtschaftsbereiche gebraucht – dies dürfte zu Lasten der Produktion grünen Wasserstoffs gehen.

Technische Details von großer Bedeutung

Welche Aspekte sprechen derzeit dafür, andere Nutzungsgebiete von grünem Strom zu bevorzugen?

  • Grüner Wasserstoff ist in der Produktion relativ ineffizient, da er rund 30 bis 40 Prozent an Wirkungsgradverlusten verursacht.

  • In Europa mangelt es an Elektrolysekapazitäten und einer integrierten Infrastruktur für Wasserstoff zwischen den Wirtschaftsbereichen. Eine Anbindung ist teuer und nicht schnell umzusetzen.

Neben der Produktion in Europa ist auch der Import von grünem Wasserstoff grundsätzlich eine Option, die europäische Wasserstoffstrategie umzusetzen2. In Ländern wie Australien, Chile oder auch im Nahen Osten bestehen günstige Produktionsvoraussetzungen. Doch für eine ausreichende Versorgung existieren Hindernisse:

  • Der Transport von Wasserstoff ist schwierig, da gefährliche Bindemittel wie Ammoniak zum Einsatz kommen und potenzielle Wasserstoffgas-Entweichungen ungewollte, ökologische Belastungen in der oberen Atmosphäre zur Folge haben.

  • Spezielle H2-Transportschiffe existieren noch nicht. Schiffe für den Transport von Flüssiggas (LNG) sind zwar theoretisch auch für H2 verwendbar, doch haben diese Schiffe kaum freie Kapazitäten. Zudem besteht in puncto Speicher- und Anlandungskapazitäten hoher Investitionsbedarf.

Grüner Wasserstoff kann in der jetzigen Situation also nicht entscheidend zur Sicherung der Energieversorgung beitragen. Seine Rolle bei der Dekarbonisierung der Wirtschaft tritt deshalb kurz- bis mittelfristig in den Hintergrund.

Es muss nicht immer grün sein

Langfristig besitzen die Pläne für eine grüne Wasserstoffwirtschaft jedoch weiter Relevanz. Die politischen Entscheidungsträger bestätigen die Förderprogramme und stocken diese sogar auf. Als Reaktion auf die Engpässe bei erneuerbarer Energie sind ökologische Zugeständnisse und Flexibilität bei der H2-Produktion hilfreich, damit eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft skalierbar und wirtschaftlich erfolgreich umzusetzen ist. Denn Wasserstoff kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Neben grünem H2 existieren vor allem zwei Alternativen, die sich für die Produktion in Europa anbieten:

  • Wasserstoff wird bislang mehrheitlich unter Verwendung von fossilen Energieträgern (Erdgas und Kohle) und Hitze gewonnen und ist ein Nebenprodukt bei chemischen Industrieprozessen und der Öl-Raffination. Bei diesen Verfahren fällt jedoch auch klimaschädliches CO2 an. Das entstehende CO2 kann aber mittels CCUS3 aufgefangen und verwertet werden – man spricht in diesem Fall von blauem Wasserstoff.

  • Rosa Wasserstoff wird mit Atomstrom erzeugt. Im Sinne der geplanten EU-Taxonomie gilt diese Wasserstoff-Variante – bei aller Kritik gegenüber Atomstrom – als CO2-frei.

Da blauer Wasserstoff bei der Erzeugung vor allem auf Erdgas angewiesen ist, trifft die drohende Knappheit bei der Gasversorgung diese H2-Variante ebenfalls. Um aber dennoch mittelfristig eine Wasserstoffwirtschaft zu etablieren, ist es nützlich, die zuvor genannten H2-Varianten übergangsweise stärker zu berücksichtigen, auch wenn diese unter ökologischen Gesichtspunkten Nachteile mit sich bringen. Denn dann können bereits bestehende Produktionsanlagen weiter genutzt werden. Parallel dazu ist der Ausbau zusätzlicher Netzinfrastruktur von großer Bedeutung, um verschiedene Wirtschaftsbereiche auf nationaler Ebene miteinander zu verbinden. Diese kann dann auch für grünen H2 verwendet werden, sobald genügend grüner Strom als Inputfaktor für dessen Produktion zur Verfügung steht4. Auch international ist eine noch engere Verzahnung zwischen den Ländern der EU, Osteuropas und Afrikas für die Etablierung einer Wasserstoffwirtschaft erforderlich, so wie dies Abbildung 1 beispielhaft illustriert.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Zukunftsvision Wasserstoff

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Zukunftsvision Wasserstoff
Quellen: JP Morgan Research, Hydrogen Council, Bernstein.

Wasserstoffwirtschaft neu denken

Grüner Wasserstoff kann langfristig einen wichtigen Beitrag auf dem Weg zur Klimaneutralität bis 2050 leisten.

Dieser hängt aber vor allem am politischen Willen, mit staatlichen Investitionsplänen die notwendige Infrastruktur bereitzustellen. In der aktuellen Lage ist eine solche Priorisierung aber fraglich. Es fehlt an ausreichendem Volumen von klimaneutralem Wasserstoff, außerdem sind die Einsatzmöglichkeiten (Heizen, Stahlproduktion, Zementproduktion, Transport etc.) noch nicht technologisch ausgereift.

Im Vergleich zu den anderen EU-Förderprogrammen und den wenig konkreten Umsetzungsplänen, wirkt die EU-Wasserstoffstrategie eher wie ein langfristiges Forschungsprojekt. Unter Klima- und Energiesicherheitsaspekten sollte in der aktuellen Lage die Produktion von grünem Strom Vorrang besitzen. Das Ziel: einen grüneren Strommix auch anderen Wirtschaftsbereichen zur Verfügung zu stellen. Wenn allerdings perspektivisch ausreichend grüner Strom produziert wird, macht eine forcierte Produktion von grünem Wasserstoff deutlich mehr Sinn.

  1. 1 Wichtige Förderprogramme sind auf EU-Ebene der EU Green Deal, der Wiederaufbaufonds NextGenerationEU und der REPower EU Plan. In Deutschland sind das deutsche Klimapaket und die nationale Wasserstoffstrategie prominente Beispiele.
  2. 2 Neben der europäischen Produktion von grünem H2 sieht der REPower EU Plan auch den Import von 10 Millionen Tonnen H2 bis 2030 vor: https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_22_3131
  3. 3 CCUS steht dabei für Carbon capture, Utilisation and Storage von emittierten CO2. Allerdings existieren momentan noch keine CCUS-Anlagen im industriellen Maßstab und die langfristige Speicherung von CO2, zum Beispiel in alten Ölfeldern, ist fraglich.
  4. 4 Bloomberg schätzt, dass grüner Wasserstoff im Jahr 2030 die Mehrheit an produzierten Wasserstoff darstellen wird. Doch auch das Angebot an blauem Wasserstoff wird gemäß dieser Prognose im Vergleich zum Jahr 2021 deutlich ansteigen.

Autoren:

Mathias Christmann, Dr. Thomas Deser, Katja Filzek und Bastian Grudde

Stand: 07. Juni 2022

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