Wasserstoff: Das Wundermolekül H2

Société Générale: Die Politik sowohl in der EU als auch in den USA hat die Weichen klar in Richtung Wasserstofftechnologie gestellt. Die Maßnahmenkataloge beinhalten unter anderem massive Investitionen in Forschung und Infrastruktur der Technologie.

Länder wie China, Japan und Südkorea investieren ebenfalls massiv in diese Technik. Aufgrund dieser geballten Anstrengungen gibt es einen regelrechten Urknall bei dem Thema, wodurch ein Wandel zur »Wasserstoffwirtschaft« buchstäblich erzwungen wird.

Das Wundermolekül »H2«

Doch warum will man diese Wasserstoffwirtschaft und warum halten viele Experten molekularen Wasserstoff (H2) für ein solches Wundermolekül? Eine wasserstoffbasierte Volkswirtschaft bedeutet nach Ansicht vieler Forscher nahezu unbegrenzte und vor allem nachhaltige Möglichkeiten für Mobilität und Stromerzeugung.

Das Ziel, langfristig klimaneutral zu werden, ist demnach nur mit einer Wasserstoffkreislaufwirtschaft realisierbar, denn H2 ist in der Lage, fossile Brennstoffe in vielen Bereichen zu substituieren.

Beispielsweise kann mit dem Molekül Elektrizität (in Brennstoffzellen) erzeugt werden (statt Erdöl, Erdgas oder Kohle zur Stromerzeugung zu nutzen), und zwar ohne dass dabei CO2 entsteht. Die vorhandene Infrastruktur (zum Beispiel Pipelines) lässt sich oftmals ebenfalls für Wasserstoff nutzen.

 


 

H2 ist zudem als Speichermedium für den mit erneuerbaren Energien erzeugten Strom interessant, da ein sofortiger Abruf möglich ist, ohne dass ein Kraftwerk angefahren werden muss. Dabei dient er als Energieträger, der in der Brennstoffzelle wiederum in Strom umgewandelt wird. Dieser wird nur dann ins Netz eingespeist, wenn er benötigt wird.

Dieses Verfahren löst das Speicherproblem, das bei vielen alternativen Energiequellen auftritt: Die Stromerzeugung korreliert nicht immer mit der Nachfrage, gleichzeitig lässt sich dieser Strom derzeit nicht optimal speichern. Wasserstoff hingegen lässt sich durch verschiedene Arten der Elektrolyse ganz einfach aus Wasser erzeugen und wie Erdgas in Tanks speichern. Beim »Verbrennen« entstehen dann wieder Wasser und Energie.

Wasserstoff ist also ein Energiespeicher, der angebotsorientiert und flexibel erneuerbare Energie speichern kann, die wiederum jederzeit nachfrageorientiert abgerufen werden kann. Es ist grundsätzlich so simpel, wie es klingt – im Detail dann leider doch etwas komplizierter: Zugegebenermaßen befindet sich manches bezüglich dieses Verfahrens derzeit noch im Status von Versuchsanlagen, zudem reichen die Flächenpotenziale in Deutschland nach heutigem Stand der Technik nicht aus, um Grünen Wasserstoff (so die Bezeichnung, wenn er aus Regenerativer Energie gewonnen wurde) hierzulande in erforderlichen Mengen zu produzieren.

 

Wasserstoff – die Nummer 1 im Periodensystem, eines Tages auch die Nummer 1 der Wirtschaftsgüter?

Wasserstoff wird bereits heute für zahllose Anwendungen in Industrie und Technik produziert: So spielt Wasserstoff bei der Produktion von Düngemitteln eine entscheidende Rolle, findet Einsatz als Kühlmittel, wird bei der Verhüttung von Erzen verwendet etc. Bestimmte Wasserstoff-Isotope helfen beim Detektieren von Tumoren, andere Isotope wiederum dienen in Schwerwasserreaktoren als Moderatoren etc.

Der steigende Druck zur Dekarbonisierung setzt vor allem die energieintensiven Branchen zunehmend unter Zugzwang. Denn um die Klimaschutzauflagen zu erfüllen, werden Emissionszertifikate stetig gekürzt. Da beispielsweise die Stahlfertigung hohe CO2-Emissionen zur Folge hat, suchen Stahlkonzerne nach Lösungen mithilfe von Wasserstoff. Um auf Kokskohle (und damit den CO2-Hauptemittenten) als Reduktionsmittel für das Eisenerz verzichten zu können, forschen viele Stahlkonzerne daher an der Direktreduktion mit Wasserstoff.

Darüber hinaus kann Grüner Wasserstoff zu Methan veredelt und somit in der heimischen Gasheizung verwendet werden, das Ganze erfolgt CO2-neutral. Ebenso lassen sich auch synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, aus Wasserstoff herstellen und somit als Treibstoff in Flugzeugen oder Schiffen verwenden. Auch hierbei entsteht kein zusätzliches CO2.

Es ist zwar nicht »Wasser zu Wein verwandeln«, und doch erscheint die künstliche Herstellung unter anderem von Heizöl, Diesel, Benzin oder Kerosin fast schon magisch. Momentan haben die Verfahren wegen höherer Kosten im Vergleich zu den traditionellen Kraftstoffen noch keine wirtschaftliche Bedeutung.

Das könnte sich aber drastisch ändern, wenn beispielsweise für fossile Brennstoffe die realen Kosten (also inklusive der Folgeschäden durch den Klimawandel, Gewässerverschmutzung bei der Förderung usw.) bezahlt werden müssen. Am Bedarf, einen sauberen Energieträger zur Verfügung zu haben und Wasserstoff in unzähligen Anwendungen nutzen zu können, besteht also absolut kein Zweifel.

 

Technische Herausforderungen und hohe Kosten als Gegenargumente

Der Klimawandel und die zunehmende Verschärfung der Emissionsvorschriften verlangen also nach Alternativen, die Wasserstoff ganz offensichtlich bietet. Bei aller Euphorie – und die gab es in der Vergangenheit schon öfter bezüglich dieses Zaubermoleküls – warum ist die Wasserstoffkreislaufwirtschaft dann nicht schon längst Realität?

Da gibt es »kleine« technische Probleme wie Umwandlungsverluste und dass sich einige Bereiche derzeit wie beschrieben noch eher in der Pilotphase befinden, statt großserientauglich zu sein etc. Und wer Grünen Wasserstoff in relevanten Größenordnungen für den Industrie- oder Verkehrssektor herstellen will, benötigt dazu riesige Mengen an Wind- oder Sonnenstrom, der dann für die bisherigen Stromanwendungen möglicherweise nicht mehr vollständig zur Verfügung steht.

Die unter dem Schlagwort »Power-to-Gas« oft favorisierte Gewinnung durch Wasser-Elektrolyse mit überschüssigem erneuerbarem Strom gilt wirtschaftlich derzeit als nicht konkurrenzfähig gegenüber der Reformierung von Erdgas. Dies liegt daran, dass ein ausreichend billiger Stromüberschuss zum Beispiel in Deutschland tatsächlich nur für einige Stunden im Jahr genutzt werden kann und sich bei einer geringeren Auslastung die erforderliche Anlagentechnik nur mit hohen Subventionen finanzieren lässt. Auch aus diesem Grund wird ein noch schnellerer Ausbau der Regenerativen Energieerzeugung gefordert.

Eines der größten Gegenargumente sind momentan jedoch die Kosten. Da sind zum einen die hohen Produktionskosten. Ein Kilogramm Grüner Wasserstoff kostet heute knapp 10 Euro. Zum Vergleich: Der sogenannte Graue Wasserstoff (aus Erdgas gewonnen) kostet im Schnitt dagegen nur ca. 2 Euro pro Kilogramm. Ein Wendepunkt wäre sicherlich, wenn Erdgas mit einer entsprechend hohen CO2-Abgabe belegt wird. Dies wird bereits in der Politik diskutiert.

 


 

Der Sauberstoff: Teuer und doch sehr günstig!

Unabhängig von einer hohen CO2-Steuer auf fossile Brennstoffe werden die Kosten von Wasserstoff jedoch nach einer Studie der Unternehmensberatung McKinsey im Auftrag des Hydrogen Council, ein Konsortium zahlreicher Unternehmen aus der Automobil-, Öl- und Gas-, Industriegas- und Ausrüstungsindustrie, in neun Jahren um bis zu 50 Prozent fallen.

Durch die Skalierung von Wasserstoffproduktionen und -anwendungen sehen die Experten für eine Vielzahl der Anwendungsbereiche bis 2030 enorme Kostensenkungsmöglichkeiten. Zusätzlich sinken durch eine wachsende Infrastruktur Vertriebs- und Tankkosten. Produktionssteigerungen sorgen des Weiteren für geringere Preise bei Komponenten von Endanwendungsgeräten und Brennstoffzellen.

So werden die zu erwartenden Kostensenkungen Wasserstoff im Vergleich zu anderen kohlenstoffarmen Alternativen konkurrenzfähiger und in einigen Fällen sogar wettbewerbsfähig gegenüber konventionellen Optionen machen. Hierzu seien Investitionen in Höhe von 70 Milliarden US-Dollar nötig, so die Studie. Zur Einordnung der Summe: Allein VW musste im Zuge der Dieselaffäre Strafzahlungen in Höhe von ca. 30 Milliarden US-Dollar verkraften.

Die Investitionssumme ist ferner nur ein Bruchteil der jährlichen Energieausgaben in Europa und man wird langfristig somit auch unabhängiger von Öl- und Gasimporten (allerdings vermutlich im Gegenzug abhängig von Energieimporten beispielsweise aus Spanien). Vor allem aber ist der Betrag geradezu lächerlich niedrig im Vergleich zu den durch den Klimawandel prognostizierten Folgekosten!

 

Grün(er Wasserstoff) ist die Hoffnung, Grün(er Wasserstoff) ist die Zukunft

Es gibt in der Tat viele Herausforderungen, doch der Weg ist nun von der Politik vorgezeichnet und bietet unserer Einschätzung nach in der Summe große Chancen für Unternehmen, die hier proaktiv agieren. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr groß, dass das allererste Element im Periodensystem eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung der Industrie und des Verkehrssektors spielen wird.

Eine verlässliche Versorgung mit Wasserstoff dürfte dann schon innerhalb weniger Jahre ein bedeutsamer Standortfaktor sein. Manche Fachleute verkünden schon die dritte industrielle Revolution.

Vieles spricht also dafür, dass rund 145 Jahre nach Jules Vernes Werk »Die geheimnisvolle Insel« seine Romanfigur, der Ingenieur Cyrus Smith, mit seiner Prophezeiung recht behält: »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.«

Fazit

Sinkende Kosten und eine damit zunehmende Wettbewerbsfähigkeit, steigende Nachfrage, technische Innovationen und eine Erweiterung der Anwendungen, gepaart mit politischen Vorgaben, sollten daher trotz der großen Herausforderungen zu einem langfristigen Boom beim Thema Wasserstoff führen, von dem ohne Zweifel auch zahlreiche Unternehmen profitieren werden.

 

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