Mit Wasserstoff fossile Brennstoffe wie Öl und Gas zu ersetzen ist aufwendig und kostspielig – der Klima-Brennstoff kommt ohne Förderung und ein passendes Marktumfeld nicht in die Gänge. Wie das aus Sicht des Klimaschutzes und der Kosten am besten geschehen sollte, dazu hat das Ökostromunternehmen Greenpeace Energy jetzt eine Studie vorgelegt.
Die vom Energiemarktexperten Steffen Bukold und dem Berliner Analyseinstitut Energy Brainpool erarbeitete Studie kommt – wenig überraschend – zum Ergebnis, dass Deutschland für eine maximale Klimawirkung seinen H2-Bedarf am besten durch "grünen" Wasserstoff decken sollte.
Der CO2-Ausstoß, der bei der Erzeugung des Ökostoffs selbst anfällt, könnte auch schon 2035 auf null fallen. Das setzt allerdings nicht nur einen Kohleausstieg bis 2035 voraus, sondern auch quasi einen Superausbau der Erneuerbaren.
Bei anderen H2-Pfaden wie dem Einsatz von "blauem" Wasserstoff – dahinter stehen in der Regel Erdgas und CCS – werden dagegen laut Studie teils erhebliche Emissionen übrig bleiben (Grafik unten).
Selbst bei optimistischen Annahmen entstehen beim "blauen" Wasserstoffpfad noch 2040 mindestens 60 Gramm CO2 pro Kilowattstunde, wahrscheinlich sogar mehr als 200 Gramm, erklärt Studienautor Steffen Bukold. Für ihn ist blauer Wasserstoff ein "Irrweg", bei dem Deutschland seine Klimaziele klar verfehlt.
Den "blauen" Pfad halten die Autoren aber schon aus einem anderen Grund für nicht gangbar. Es gibt ihrer Ansicht nach einfach nicht genügend unterirdische Lager, die für Deutschland verfügbar wären, um beim CCS das abgeschiedene CO2 zu verpressen.
Zwar gebe es derzeit in Europa, vor allem unter der Nordsee, zehn große CCS-Projekte, die bis 2035 in Betrieb gehen könnten. Davon befänden sich aber 80 Prozent in britischen Gewässern – und die seien für britische Emittenten vorgesehen.
Der deutschen Wasserstoffwirtschaft stünden so "zumindest bis 2030 keine nennenswerten CCS-Kapazitäten in der Nordsee zur Verfügung", schließen die Autoren. Klimaschutz per "blauem" Wasserstoff sei damit reine Theorie – und selbst wenn diese Speicher zur Verfügung stünden, müssten sie aus Sicht der Studie für Sektoren reserviert werden, in denen eine Dekarbonisierung schwierig bleibt, sowie für spätere Negativemissionen.
"Grünes" H2 muss erst verfügbar sein
Für die Studienautoren ist "grüner" Wasserstoff allerdings auch nicht gleich "grüner" Wasserstoff. So wenden sie sich dagegen, mit Wasserstoff in Raffinerien klimafreundlichere Treibstoffe zu erzeugen.
Auch den Bau riesiger Wasserstoff-Inseln in der Nordsee, die zehntausende Megawatt Windstrom in ebenso raue Mengen Wasserstoff oder gleich E-Fuels verwandeln, sieht die Studie kritisch – wie auch den Einsatz großer Elektrolyseure an Land, die Tag und Nacht durchlaufen und den Ökostrom ganzer Windparks vereinnahmen.
Skeptisch wird vorerst auch der Einsatz "grünen" Wasserstoffs in der Stahlindustrie gesehen. Im Prinzip sei das richtig, sagt Marcel Keiffenheim von Greenpeace Energy, schränkt aber ein: "Es gibt zunächst nicht genügend 'grünes' H2 für diesen Bedarf."
In den Hochöfen könnte statt der Kokskohle übergangsweise erst einmal Erdgas eingesetzt werden, schlägt er vor. Schon das spare erheblich CO2 – und "grüner" Wasserstoff käme dann zum Einsatz, wenn es von diesem genügend gebe.
Auch die Elektrolyseure sollen sich der Menge verfügbaren Grünstroms anpassen. Ein "Versickern" der knappen Wasserstoffmengen in wenigen industriellen Großprojekten wäre wenig sinnvoll, meint die Studie.
Der Gedanke dahinter lässt sich vereinfacht so skizzieren: Solange Deutschland absehbar mit Ökostrom eher knapsen muss, wäre es klimapolitisch unklug, zu viel davon durch die ineffiziente Umwandlung in Wasserstoff zu "verschwenden". Dieser Ökostrom fehlt dann im Stromsystem. Entsprechend weniger ginge der CO2-Ausstoß der deutschen Stromerzeugung zurück. Das würde den Klimaeffekt einer zunehmend erneuerbaren Stromversorgung stärker mindern, als man durch den "grünen" Wasserstoff gewänne.
Für Keiffenheim beruht der Hochlauf der Wasserstoff-Wirtschaft auf drei Elementen: den Ausbau der Erneuerbaren kräftig ankurbeln, passend dazu H2-Elektrolyseure ans Netz bringen und die Nachfrage nach grünem Wasserstoff stets abhängig von der Verfügbarkeit anreizen.
Bedarfs-"Lücke" darf nicht zu groß werden
Flankiert wird das in der Studie unter anderem von einem CO2-Preis, der gemäß den gesetzlichen Vorgaben bis 2025 auf 55 Euro steigt – und dann 2030 von der Studie bei 100 und 2040 bei 150 Euro verortet wird.
"Die Nachfrage nach grünem Wasserstoff kann dabei durchaus das Angebot übersteigen, um so einen nachfrageinduzierten Ausbau-Impuls zu setzen", ergänzt Keiffenheim. Beides müsse aber in einem ausgewogenen Verhältnis bleiben. "Hohe Nachfrage anzureizen, ohne diese auch nur annähernd grün befriedigen zu können, macht keinen Sinn. Das führt zu höheren Kosten, höheren Emissionen, zu erheblichen Fehlinvestitionen in 'graue' Technologien und generellen Fehlanreizen."
Empfehlenswert sei deswegen, "grünes" H2 zunächst im öffentlichen Nahverkehr und anderen dezentralen Projekten mit hohem CO2-Minderungsfaktor einzusetzen.
Die Zahlen untermauern diesen Ansatz. Die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung rechnet für 2030 mit einem Wasserstoffbedarf von 90 bis 110 Milliarden Kilowattstunden. Bisher sind in den kommenden zehn Jahren aber lediglich Elektrolyseure mit einer Kapazität von 15 bis 20 Milliarden Kilowattstunden geplant.
Die Bedarfslücke ist offensichtlich – und sie darf nach Ansicht von Greenpeace Energy wegen des Klimaschutzes nicht aus "grauem" Wasserstoff (hergestellt mit dem deutschen Strommix) gedeckt werden und auch nicht aus Importen. Letzteres klappt deswegen nicht, weil die dafür infrage kommenden Länder ihre Ökoenergie vor allem für die eigene Dekarbonisierung brauchen.
In einem solchen Light-Konzept für "grünen" Wasserstoff, wie es dem Ökostromer vorschwebt, spielt auch die Wasserstoff-Rückverstromung in Gaskraftwerken, um das Netz bei Bedarf zu stabilisieren, nur eine sehr geringe Rolle.
Aus Sicht von Fabian Huneke von Energy Brainpool könnte es sinnvoll sein, wenn künftige Grünes-Gas-Kraftwerke, die Strom und Wärme gekoppelt erzeugen und ihren Betrieb nach dem Wärmebedarf ausrichten, den dann nicht absetzbaren Teil des Stroms in einen angeschlossenen Elektrolyseur fließen lassen. Huneke: "Besonders im Winter haben wir Situationen modelliert, in denen gleichzeitig KWK-Strom ins Netz eingespeist wird und der Elektrolyseurbetrieb wirtschaftlich ist."
Sind die verfügbaren Mengen an Ökostrom aber zu gering, sei auch ein Szenario denkbar, bei dem zum Beispiel fossile Erdgaskraftwerke den Strom für den H2-Elektrolyseur produzieren. Huneke: "Auch wir halten dieses Szenario für klimapolitisch wenig sinnvoll, es bildet aber leider eine mögliche Zukunft ab."
Wie schon andere Studien zeigt auch die von Greenpeace Energy letztlich: Wer beim Klimaschutz auf "grünen" Wasserstoff setzt, braucht Ökostrom im Überfluss – und billig muss er auch noch sein. Dann kostet im günstigsten Szenario der Studie "grüner" Wasserstoff im Jahr 2040 noch 0,72 Cent die Kilowattstunde.
