Analyse zur zukünftigen Wasserstoffwirtschaft

Sollte blauer Wasserstoff eine Übergangstechnologie sein, solange der Aufbau von Importstrukturen für grünen Wasserstoff nicht abgeschlossen ist? Nein, sagt der Sachverständigenrat für Umweltfragen in einer Stellungnahme. Doch es gibt auch andere Meinungen.

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"Methan ist der Rohstoff mit dem höchsten H/C-Verhältnis, folglich ist bislang Erdgas der bevorzugte Rohstoff für die Wasserstoffproduktion. Auf der Basis dieses Rohstoffs wurden seit vielen Jahrzehnten verschiedene Technologien entwickelt und kommerzialisiert, so z. B. die Methan-Dampfreformierung (SMR), die autotherme Reformierung (ATR) und die partielle Oxidation von Methan (POX)", schreiben die Autoren des Kapitels "Konventionelle Verfahren zur Wasserstoffherstellung" im Springer-Fachbuch "CO2 und CO – Nachhaltige Kohlenstoffquellen für die Kreislaufwirtschaft". Auf Grundlage der Dampfreformierung von Erdgas produzierter Wasserstoff in Kombination mit einer anschließenden Abscheidung und Lagerung des entstehenden CO₂ wird auch "Blauer Wasserstoff" genannt. Doch genau die hohen CO₂-Emissionen sind ein Nachteil dieser Technologie, ebenso wie die benötigte Energiebereitstellung aufgrund der endothermen Reaktionen sowie die benötigte externe Wärmezufuhr.

Der Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) empfiehlt aufgrund dieser Nachteile in einer im Juni 2021 veröffentlichen Stellungnahme, alle Anstrengungen auf den Markthochlauf von grünem Wasserstoff aus Wind und Sonne zu konzentrieren. Auch übergangsweise sollte die Politik nicht auf fossil erzeugten Wasserstoff setzen. Zu grünem Wasserstoff heißt es im Kapitel "Erzeugung" des Springer-Fachbuchs "Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik": "Das einzige emissionsfreie Herstellungsverfahren von Wasserstoff ist die elektrochemische Wasserspaltung in der Elektrolyse, wenn der benötigte Strom aus Wind‑, Wasser‑ oder Sonnenenergie stammt."

Einsatz muss ökonomisch und ökologisch sinnvoll sein

Würde man beide Technologien, selbst wenn dies nur für einen Übergang angedacht werde, parallel laufen lassen, führe dies laut dem SRU zu falschen Weichenstellungen – selbst dann, wenn Wasserstoff aus Erdgas in Kombination mit einer CO₂-Abscheidung und Speicherung (CCS) hergestellt werde. "CCS" steht für "Carbon Capture and Storage", das Verfahren wird im Kapitel "Carbon Capture, Utilisation and Storage" des Springer-Fachbuchs "Fossil Fuel Hydrogen" vorgestellt. "Damit würde in Technologien und Infrastrukturen investiert, die in einer treibhausgasfreien und umweltfreundlichen Wirtschaft keinen Platz mehr haben", sagt Prof. Claudia Kemfert, stellvertretende Vorsitzende des SRU. "Statt teurer Brückentechnologien brauchen wir Investitionen in die Zukunft."

In seiner Stellungnahme merkt der SRU zudem an, dass nicht überall, wo grüner Wasserstoff und synthetische Energieträger eingesetzt werden könnten, dies ökonomisch und ökologisch sinnvoll sei. Wenn grüner Strom direkt genutzt werden könne, beispielsweise wie durch das E-Auto im Straßenverkehr oder die Wärmepumpe in der Wärmeversorgung, sei dies in der Regel preiswerter und umweltfreundlicher. Der Einsatz von Wasserstoff sei hingegen in Teilen der Industrie sowie im internationalen Schiffs- und Flugverkehr sinnvoll. Dort würden Wasserstoff und synthetische Energieträger nach derzeitigem Wissensstand eine wichtige Rolle spielen, um die Klimaziele zu erreichen. Mirko Kruse und Jan Wedemeier nennen in ihrem in der Springer-Fachzeitschrift "Wirtschaftsdienst" (Ausgabe 1/2021) erschienen Artikel "Potenzial grüner Wasserstoff: langer Weg der Entwicklung, kurze Zeit bis zur Umsetzung" als Industriebeispiele die Stahlerzeugung, Chemieindustrie, den Raffineriebereich und die Glasschmelze.

Sollte Blauer Wasserstoff grundsätzlich ausgeschlossen werden?

Der SRU fordert in seiner Stellungnahme darüber hinaus auch ein Zertifizierungssystem mit anspruchsvollen Nachhaltigkeitskriterien, damit die Herstellung von grünem Wasserstoff keine Umweltprobleme wie Flächen- oder Wasserknappheit verschärft. Das gelte insbesondere für Importe. Bevor grüner Wasserstoff in großen Mengen importiert werde, sollten die inländischen Potenziale genutzt werden – vor allem durch den massiven Ausbau der Wind- und Sonnenenergie. "Beim Import muss sichergestellt werden, dass in den Herkunftsländern keine sozialen, ökologischen oder gesundheitlichen Probleme durch die Wasserstoffherstellung verschärft werden", sagt Prof. Claudia Hornberg, Vorsitzende des Rates. "Der hohe Wasserverbrauch kann vor allem in trockenen Regionen gravierende Auswirkungen haben.“

Dass der Fokus grundsätzlich auf grünem Wasserstoff liegen muss, sagt auch Prof. Dr. Manfred Fischedick, Wissenschaftlicher Geschäftsführer des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie sowie Professor an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften (Schumpeter School of Business and Economics) an der Bergischen Universität Wuppertal in einem Statement zum Thema gegenüber dem Science Media Center (smc). Das liege schon allein in der Tatsache begründet, dass infolge der begrenzten Abscheiderate des CO₂ mit blauem Wasserstoff keine Klimaneutralität erreicht werden könne und Methanemissionen aufgrund der Erdgasnutzung berücksichtigt werden müssten. Er merkt aber auch an: "Denkbar sind aber durchaus Situationen, in denen blauem Wasserstoff auch in Deutschland eine Bedeutung in der Aufbauphase einer Wasserstoffwirtschaft zukommen kann oder er als Ersatzoption zur Verfügung stehen sollte, wenn der Aufbau von Importstrukturen für grünen Wasserstoff nicht so schnell wie notwendig gelingen sollte. Dies sollte man zumindest nicht vollständig ausschließen."

Wasserstoff bleibt nicht immer knappes Gut

Was die SRU-Einschätzung zu wasserstoffbasierten Mobilitätslösungen im straßengebundenen Personen- und Güterverkehr betrifft, so kommt Prof. Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Wasserstofftechnologien am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg, in seinem dem smc gegenüber abgegebenen Statement zu einer abweichenden Einschätzung – wobei aber auch er betont, dass der Bericht des SRU einen exzellenten Überblick über die Wasserstofftechnologien und deren Beitrag zum Klimaschutz gebe, etwa als Bindeglied zwischen verschiedenen Sektoren und als Faktor im intelligenten Energiemanagement. Doch: "Auch wenn die Rolle und Notwendigkeit von batteriebetriebenen Antriebslösungen und damit eine tiefe Elektrifizierung unbestritten ist, so besteht aus Sicht des Autors kein Zweifel daran, dass zur Erreichung der CO₂-Ziele in der Mobilität alle technologischen (Near-) Zero-Lösungen benötigt werden, also auch brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge, sowie e-Fuels für verbrennungsmotorische Antriebslösungen. Letzteres nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass derzeit global etwa 1,5 Milliarden verbrennungsmotorische Fahrzeuge in Betrieb sind, die durch synthetische Kraftstoffe ebenfalls defossilisiert werden könnten."

Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenantriebe würden insbesondere in Fahrzeugen für lange Reichweiten und bei intensiver Nutzung ihre Stärken ausspielen und dem Endkunden eine Mobilitätsform mit kurzen Betankungen und langen Reichweiten nach bisherigem Nutzerverhalten ermöglichen. Auch sollten die zahlreichen Möglichkeiten der symbiotischen Hybridisierung von Brennstoffzellen- und Batterieantrieben stärker in den Fokus genommen werden, da hierüber sehr passgenaue Mobilitätslösungen für speziellere Kundensegmente realisierbar seien.

Hebling hinterfragt des Weiteren die These, nach der Wasserstoff ein knappes Gut sei und bleiben werde. So würden die globalen Entwicklungen darauf hindeuten, dass mittels der Wasserstofftechnologien alle wesentlichen fossilen Energieträger und Chemieprodukte mittel- und langfristig durch Syntheseprodukte, basierend auf grünem Wasserstoff, ersetzt würden. Hebling schreibt: "Hierüber wird ein globaler erneuerbare Energienhandel ermöglicht, zu dem auch neue Marktteilnehmer wie viele Entwicklungsländer Zugang bekommen werden."