Von Industrie bis Verkehr: CO2-freier Wasserstoff gewinnt an Bedeutung

Von Industrie bis Verkehr: CO2-freier Wasserstoff gewinnt an Bedeutung

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Der globale Aufschwung und die Klimakatastrophe haben dem Wasserstoffsektor im Jahr 2021 deutlichen Auftrieb verliehen: Fonds werben um Kapital, Regierungen sagen Unterstützung zu, weltweit entstehen immer mehr Anlagen, die den Energieträger nutzen und die Wertschöpfungsketten der betroffenen Sektoren von Grund auf verändern. Mobilität, erneuerbare Energien, Chemie und Industrie sind nur einige der Sektoren, in denen neue Wasserstoffinitiativen entstehen.

„Wir haben in der Vergangenheit mehrere Fehlstarts erlebt, der Erfolg von Wasserstoff ist daher keine Selbstverständlichkeit. Doch die aktuellen Fortschritte sind tatsächlich vielversprechend1.“ Mit diesen Worten kommentierte Fatih Birol, Executive Director der Internationalen Energieagentur (IEA), die Veröffentlichung des globalen Wasserstoffberichts 2021. Das Kostenproblem des grünen Wasserstoffs verschweigt die IEA nicht – grauer Wasserstoff ist aktuell noch immer dreimal günstiger2 – doch der Markt bewegt sich unbestreitbar in die richtige Richtung. Die weltweite Kapazität an Elektrolyseuren, mit denen Wasserstoff mithilfe von Strom aus Wasser gewonnen wird, hat sich innerhalb von fünf Jahren verdoppelt. Trotz Pandemie konnten auf Herstellung, Vertrieb und Verwendung von Wasserstoff spezialisierte Unternehmen zwischen Januar 2019 und Mitte 2021 Mittel in Höhe von knapp 9,5 Milliarden Euro aufbringen1. Dank deutlich besserer Finanzausstattung nehmen inzwischen weltweit zahlreiche Projekte in verschiedenen Sektoren konkrete Form an.

Mobilität: Das Tempo steigt

Vor Ausbruch der Pandemie war der Verkehrssektor für rund 25% der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich1 und gilt daher in den internationalen Klimazielen als Schwerpunktbereich. Wasserstoff als Alternative zu fossilen Brennstoffen wird jedoch von Land zu Land sehr unterschiedlich eingesetzt.

„In Asien sind die Mobilitätsprojekte viel weiter fortgeschritten, Automobilhersteller verfolgen bereits Projekte im kommerziellen Stadium“, so Charlotte de Lorgeril, die als Partnerin den Bereich Energy, Utilities and Environment bei Sia Partners leitet. Japan ist Pionier und hat bereits 2008 das erste kommerzielle Wasserstoffauto auf den Markt gebracht. Von weltweit insgesamt 40.000 Brennstoffzellenfahrzeugen waren im April 2021 rund 5.600 auf Japans Straßen unterwegs, bis 2025 sollen es 200.000 sein. Um die nötigen Mengen an sauberem Wasserstoff produzieren zu können, die zur Umsetzung dieser ambitionierten Ziele notwendig sind, fließen derzeit erhebliche Investitionen in die Infrastruktur. So hat Toshiba im Jahr 2020 in Fukushima eine 10-MW-Wasserstoffproduktionsanlage in Betrieb genommen, die aus erneuerbaren Energien gespeist wird.

Europa hinkt hinterher. „Wir sind noch in der Demonstrationsphase, für eine industrielle bzw. kommerzielle Nutzung sind Investitionen notwendig. Hier zeigt sich die Bedeutung staatlicher Förderung, die diese Investitionen anstoßen kann.“ Ein Beispiel findet sich im westfranzösischen Vendée, wo im September eine Wasserstoffanlage des französischen Unternehmens Lhyfe die Produktion aufgenommen hat. Die Anlage ist an nahe gelegene Windparks angeschlossen und soll zunächst 300 kg Wasserstoff pro Tag produzieren, bevor die Produktion auf eine Tonne pro Tag erhöht wird. Der von dieser Anlage gelieferte grüne Wasserstoff wird als sauberer Kraftstoff für schwere Fahrzeuge wie Busse und Entsorgungsfahrzeuge in der Umgebung eingesetzt.

Luftfahrt, Schifffahrt, Schienenverkehr – überall ist der Wandel greifbar

Auch der Luftfahrtsektor will sich die Wasserstoff-Innovation zunutze machen, und dies nicht nur durch die Einführung von Hybridmotoren, die sich derzeit noch im Versuchsstadium befinden. Ende September 2021 wurde in Deutschland die weltweit erste Fabrik in Betrieb genommen, die kohlenstoffneutrales Kerosin in großem Maßstab produziert. Das grüne Kerosin (oder E-Kerosin), das von der deutschen Nichtregierungsorganisation Atmosfair hergestellt wird, ist das Paradebeispiel einer wasserstoffbasierten Kreislaufwirtschaft in der Praxis: Die Fabrik nutzt Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff, der anschließend mit aus der Luft abgeschiedenem CO2 kombiniert wird. So entsteht ein synthetischer, kerosinähnlicher Kraftstoff.

Der Schienenverkehr hat derweil seine eigene Wende eingeläutet: Bereits heute sind in Deutschland, Österreich und den Niederlanden von Alstom entwickelte Wasserstoffzüge mit emissionsfreiem Fahrantrieb auf den Schienen. Die staatliche französische Eisenbahngesellschaft SNCF hat im Frühjahr 2021 die ersten Elektro-Wasserstoff-Züge mit Dualmodus in Auftrag gegeben, die bis zu 220 Fahrgäste mit einer Geschwindigkeit von 160 km/h und einer Reichweite von 600 km3 befördern können. Bis 2023 sollen vier französische Regionen diese Technologie einsetzen, mit der Dieselmotoren durch Brennstoffzellen, Wasserstofftanks und Batterien ersetzt werden können.

In der Schifffahrt wollen einige der größten Reedereien den Weg für eine spürbare Emissionsreduzierung ebnen; aktuell ist der Sektor für 2,9% der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Der dänische Marktführer Maersk will im Jahr 2023 ein emissionsfreies Containerschiff in Betrieb nehmen, das zu 100% mit einer ökologischen Methanolsynthese betrieben wird. Bis 2050 will das Unternehmen seine gesamte Flotte auf klimaneutrale Antriebe umstellen.

Grüne Energie

Zu den möglichen Anwendungsgebieten von Wasserstoff gehört auch die Power-to-Gas-Conversion (PtG), die Strom aus intermittierenden erneuerbaren Energiequellen nutzbar machen soll. Als Wasserstoff gespeichert, lässt sich dieser Strom mithilfe von Brennstoffzellen nutzbar machen und je nach Bedarf an Verbraucher liefern.

Seit September 2021 wird in Guyana das weltweit erste Kraftwerk gebaut, das mit grünem Wasserstoff betrieben wird und nicht intermittierende Energie4 erzeugen soll. Dieses innovative Kraftwerk ist nicht an das Stromnetz Kontinentalfrankreichs angeschlossen und soll „10.000 Haushalte in Guyana ganzjährig und rund um die Uhr mit Strom versorgen“, so de Lorgeril, die keine Zweifel am PtG-Potenzial von Wasserstoff hat. Der Projektträger, Hydrogène de France Energy, hat im Sommer 2021 über 130 Millionen Euro an der Börse aufgenommen.

Wasserstoff statt Kohle

Auch in der Industrie gewinnt grüner Wasserstoff an Bedeutung, insbesondere in der Chemie- und Stahlbranche. Gas gehört zu den Grundstoffen der chemischen und petrochemischen Industrie, der großtechnische Einsatz von grünem Wasserstoff kann daher dazu beitragen, Produktionsprozesse in diesen Sektoren, die für ihre hohe Umweltbelastung bekannt sind, wirksam zu dekarbonisieren. Dies geschieht unter anderem bei der Herstellung von Ammoniak, einer Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff, die zur Produktion landwirtschaftlicher Düngemittel verwendet wird. Auch in der Stahlproduktion kommt grüner Wasserstoff zum Einsatz: Schweden und Frankreich wollen mithilfe von Wasserstoff kohlenstoffarmem Stahl herstellen, wozu unter anderem im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung zwischen Air Liquide und ArcelorMittal eine Produktionsanlage in Dünkirchen entstehen soll. Umweltschädliche Industriesektoren müssen dringend modernisiert werden, was auch eine Umstrukturierung von Produktionsanlagen notwendig macht. In Deutschland hat die Hansestadt Hamburg ehrgeizige Pläne vorgestellt: Bis 2025 soll hier ein europäisches Wasserstoffzentrum mit einem der größten Elektrolyseure der Welt entstehen und ein ehemaliges Kohlekraftwerk ersetzen.

Industrie, Energieversorgung, Verkehr – überall ist Wasserstoff auf dem Vormarsch. „Dabei geht es auch um die Frage der Unabhängigkeit von erdölexportierenden Ländern“, so de Lorgeril, die darauf hinweist, dass wir die Geopolitik der Energie vielleicht aus einem völlig neuen Blickwinkel betrachten müssen. „Die Macht könnte sich auf die Wasserstoffproduzenten verlagern.“ Es zeichnet sich eine strategische Schlacht ab, bei der es viele Schwierigkeiten, aber nur einen gemeinsamen Sieger gibt: den Planeten Erde.

Hinweise:
1. „Globaler Wasserstoffbericht 2021“, IEA
2. https://www.lemondedelenergie.com/hydrogene-vert-bientot-competitif/2021/02/03/
3. https://www.sncf.com/fr/engagements/enjeux-rse/sncf-accelere-train-a-hydrogene
4. https://www.ceog.fr/