Eine globale Energiewende ohne Wasserstoff ist nicht denkbar – ab 80 Prozent Treibhausgasminderung im Vergleich zum Jahr 1990 geht es nicht ohne. Trotzdem bleibt der Einsatzort des Brennstoffs weiterhin ein Streitthema. Kosten und Effizienz von Wasserstoff lassen in vielen Sektoren Alternativen attraktiver erscheinen. Im Gebäudesektor zum Beispiel, wird Wasserstoff im Prinzip keinen Einzug halten.
Das ist das Urteil einer Metastudie, die aus Verbundprojekt „HyPat“ entstanden ist. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI untersuchte gemeinsam mit zahlreichen weiteren Instituten wie dem Fraunhofer ISE oder auch der Deutschen Energieagentur (Dena) 40 kürzlich veröffentlichte Studien zu Energiesystemen und Wasserstoffszenarien. Zudem zogen die Studienautoren 300 Minderungsszenarien des sechsten Sachstandsberichts des Weltklimarats (IPCC) heran, um eine Bandbreite des globalen Wasserstoffbedarfs zu bestimmen.
Den Prognosen der Metastudie zufolge werden für ein Szenario, in dem bis 2050 die Treibhausgasminderung bei über 80 Prozent liegt, zwischen 4 und 15 Petawattstunden Wasserstoff und etwaige Syntheseprodukte wie Ammoniak und Methanol benötigt. Eine Petawattstunde entspricht einer Million Gigawattstunden.
Auf den globalen Endenergiebedarf gerechnet sind das vier bis zwölf Prozent. Der Verbrauch von Wasserstoff unterliegt starken regionalen Unterschieden. Die EU wird relativ betrachtet zum Hauptverbraucher von Wasserstoff werden. Die Metastudie rechnet damit, dass bis zu 14 Prozent des Endenergiebedarfs durch Wasserstoff gedeckt werden könnten. In China gehen die Autoren von einem Anteil von bis zu vier Prozent am Endenergieverbrauch aus.
In absoluten Zahlen gerechnet sieht das Verhältnis jedoch anders aus. Der stattliche Anteil der EU wird nur zu einem Verbrauch von 0,3 bis zu 1 Petawattstunde im Jahr führen. In China wird der Bedarf zwischen 0,6 und 4 Petawattstunden im Jahr betragen.
„Unsere Auswertungen unterstreichen, dass Wasserstoff in der künftigen globalen Klimapolitik eine wichtige Rolle spielt – er wird aber nicht der dominierende Endenergieträger der Zukunft sein,“ sagt Martin Wietschel, Professor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und Leiter des Kompetenzzentrums für Energietechnologien und Energiesystem am Fraunhofer ISI. Um die Treibhausgasemissionen global zu senken, werden Maßnahmen zum Energieeinsparen und die direkte Elektrifizierung auf Basis von erneuerbarem Strom zum Beispiel durch Wärmepumpen, Elektrofahrzeuge oder in Wärmenetzen als wichtigste Hebel gesehen. Wasserstoff spielt hingegen in bestimmten Anwendungsbereichen eine relevante Rolle, in denen andere Technologien technisch oder wirtschaftlich nicht umsetzbar sind.“
Besonders im Verkehr gefragt
Nach Sektoren aufgeteilt zeigt die Mobilität die höchste Nachfrage – in absoluten Zahlen, aber auch relativ zum Gesamtbedarf. Die Studie geht davon aus, dass bis zum Jahr 2050 etwa 16 Prozent der globalen Energie im Mobilitätssektor durch Wasserstoff und seine Syntheseprodukte gedeckt werden. Für den chinesischen Markt prognostizieren den Autoren einen Anteil von 14 Prozent. Die EU sticht in diesem Sektor heraus. Hier erwarten die Szenarien einen Anteil von 28 Prozent.
Der Einsatz von Wasserstoff im Straßenverkehr bietet zwar kurze „Ladezeiten“ und lange Reichweiten im Vergleich zu Elektroautos. Allerdings lässt die Gesamteffizienz von Brennstoffzellenfahrzeugen von Wasserstoffproduktion bis hin zum Bewegen der Fahrzeuge mit gerade einmal 34 Prozent noch zu wünschen übrig. Immerhin liegt das noch deutlich über der Effizienz von 14 Prozent von Fahrzeugen, die mit synthetischen Kraftstoffen betankt werden. Elektroautos erreichen in dieser Metrik einen Wert von 77 Prozent.
Bei Schwerlasttransporten ist der Einsatz von Wasserstoff schon eher denkbar, da in diesem Anwendungsbereich, das Gewicht der Batterien zum Problem wird. Zudem sind die langen Ladezeiten nicht immer mit der Arbeitsweise von Logistikunternehmen vereinbar. In jedem Fall werden Wasserstoff und vor allem Syntheseprodukt im Flugverkehr und der Schifffahrt zum Einsatz kommen.
Diese technischen und logistischen Unsicherheiten führen zum Teil zu sehr großen Bandbreiten bei der Wasserstoffnachfrage in den 40 untersuchten Studien für den Mobilitätssektor. Das führe dazu, dass Investitionen in Produktion, Transport und Verbraucher noch gescheut werden. In Europa prognostizierten die einzelnen Studien einen Wasserstoff-Anteil von 13 bis 36 Prozent. Für China waren es zwischen 10 und 19 Prozent.
Für die Industrie alternativlos
Im Vergleich zum Mobilitätssektor wird für den Industriesektor eine geringere Nachfrage prognostiziert. Allerdings gibt es hier, anders als im Verkehr, oft keine Alternativen. Gerade in der Eisen- und Stahlindustrie, sowie in der Grundstoffchemie wird es ohne Wasserstoff, Ammoniak und Methanol nicht gehen.
Jedoch betrifft das nicht alle Bereiche in der Industrie. Bei der Wärmebereitstellung etwa, gebe es noch größere Unsicherheiten. Das liegt vor allem an den vorhandenen Alternativen. Im Jahr 2050 soll der Anteil von Wasserstoff am weltweiten Gesamtenergiebedarf in der Industrie laut der Metastudie zwischen zwei und neun Prozent liegen. Auch hier gibt es starke regionale Unterschiede. Die Mehrheit der Untersuchten Studien sieht für Europa einen Anteil von drei bis 16 Prozent im Jahr 2050. Einzelne Studien prognostizieren sogar einen Anteil von 38 Prozent. In China hingegen liege der Anteil nur bei einem bis vier Prozent im Jahr 2050.
Gebäudesektor unbedeutend
Je mehr Alternativen es für Wasserstoff gibt, desto geringer ist sein Einsatz. Das trifft vor allem auf den Gebäudesektor zu. Der Metastudie zufolge dürfte der Anteil am Gebäudeenergieverbrauch 2050 bei weniger als zwei Prozent liegen. In der EU werden bis 1,7 Prozent erwartet. Weltweit dürfte der Anteil bei 1,6 Prozent liegen. In China werden wohl nur 0,5 Prozent des Gebäudeenergiebedarfs durch Wasserstoff gedeckt.
Die geringe Nutzung von Wasserstoff im Gebäudesektor liegt an den anderen Möglichkeiten, Emissionen zu sparen, wie direkte Elektrifizierung mit Wärmepumpen und Infrarotheizungen. Alternativen sind auch deutlich effizienter als Brennstoffzellheizungen, deren Effizienz bei nur 57 Prozent liegt. Auch Heizungssysteme die verpressten Wasserstoff direkt zur Wärmenutzung verbrennen, kommen nur auf eine Effizienz von 64 Prozent. Elektrische Durchlauferhitzer kommen dagegen auf 95 Prozent. Für Wärmepumpen gingen die Studienautoren von Effizienz von 300 Prozent aus.
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28 Jahre weit in die Glaskugel blicken. Politische Änderungen oder Verschiebung in der Machtverhältnisse werden hier natürlich nicht berücksichtigt, da man immer vom jetzigen Zustand ausgeht. Auch Prozentzahlen hinter dem Komma überschreiten die Grenzen zur Hexerei. Es wird immer über die direkte Wasserstoffanwendung gesprochen. Da die Abwärme bei der Produktion und bei der Verarbeitung von Wasserstoff bei der Wärmeversorgung eine entscheidende Rolle spielen wird kann ich viele Prozentzahlen nicht nachvollziehen. Immobilitätssektor werden für Deutschland 28% wasserstoffbetrieb vorausgesagt. Das ist das größte Märchen in dieser Studie. Alle Anwendungen bei denen die Abwärme der Prozesse nicht genutzt werden kann, können wir uns auch in 10 oder 20 Jahren noch nicht leisten. Bei der Umwandlung zu Strom im Pkw oder Lkw entstehen fahrbare Heizungen, welche wertvolle Energie an die Umwelt verschleudern. 2050 wird es nur noch rein elektrische LKW geben. Die Energiedichte in den Akkus wird sich alle 5 Jahre verdoppeln und somit wird sich auch alle fünf Jahre das Gewicht der Batterien halbieren.
Ich sehe keinerlei Anzeichen dafür, dass sich die Energiedichte von Akkus alle 5 Jahre verdoppeln würde. In den letzten paar Jahren ist eher das Gegenteil passiert, um ausreichend Akkus zu haben, hat man auch suboptimale Techniken verwendet. Die Kurve war mal steil, jetzt wird sie aber immer flacher. Das ist normal, sofern kein Technologiesprung stattfindet.
1. Brennstoffzellen haben eine elektrische Effizienz von bis zu 60%, wenn diese aber als KWK Kraftwerke eingesetzt werden, können zusätzlich noch >30% als Wärme entnommen werden. Man kommt auf eine Effizienz von 95%.
2. Wärmepumpen haben eine Effizienz von 300%, aber der Strom muss ja erst mal produziert werden. Wenn man den aus Erdgas oder später aus gespeichertem Wasserstoff im Kraftwerk herstellt, hat man auch nur eine elektrische Effizienz von 50%. 1 kwh Wasserstoff werden zu 0,5 kwh Strom und ca. 0,35kwh Fernwärme, daraus ergibt sich 1,5kwh Wärme aus der WP plus 0,35 kwh Fernwärme. Wenn man dann noch die Herstellungs- und Transportkosten für Wasserstoff einrechnet, kann man fast genauso gut einfach riesige Nahwärme Wasserspeicher resistiv mit Windstrom erwärmen, wenn gerade welcher da ist.
Ich zähle mich keinesfalls zu den Fachleuten.
Meine praktische Erfahrung nach 5 Jahren E-Mobilität und 8 kWp PV-Anlage (Ost-West-Dach 5 kWp, 3 kWp Südfassade, 12 kWh Speicher samt Notstomversorgung) zeigt die saisonale Problematik deutlich auf.
Im Jahresverlauf eine Überschußeinspeisung von beinahe 2/3! des Ertrages.
Sehr wahrscheinlich würde eine „Sommerüberstromumwandlung“ zu Wasserstoff, im Winter den Strombedarf locker abdecken. Mit der Nutzung der Abwärme für die Heizung wäre auch der Wirkungsgrad vertretbar.
Schöner Nebeneffekt, völlige Autarkie (Wegfall ALLER Kosten für die noch immer sehr dominanten Energiekonzerne) und damit Entlastung der Stromnetze.
Vielleicht gibt es ähnliches schon. Falls ja wäre ein Beitrag interessant.
Ja ich sehe das ähnlich, lieber im Sommer Wasserstoff produzieren, als die Ausfallarbeit bezahlen müssen. Egal welcher Wirkungsgrad steht, 10% der Energie Speichern ist immer noch besser als 0%.
Ich hatte letztens über Wasserstoffheimspeicher was gelesen: https://www.pv-magazine.de/2022/03/29/uni-paderborn-entwirft-photovoltaikspeicherwasserstoffsysteme-fuer-autonome-energieversorgung-von-gebaeuden/ Das ist wahrscheinlich ungefähr das was Sie sich vorstellen.
Das prognostizierte Ergebnis der Studie bzgl. immobiler Anwendung entspricht nicht meiner Einschätzung. Als Passivhausentwickler der ersten Stunde arbeiten wir bereits intensiv an dem Einsatz von Wasserstoff in der Gebäudetechnik. Der akutelle Planungsstand bestätigt die Machbarkeit und damit einen zukünftigen Autarkhausstandard mit Gebäudevollversorgung durch sommerliche Wasserstoffproduktion und winterliche Verwendung. Mit entscheidend hierfür ist eine hohe Dämmeigenschaft des Gebäudes. HIeran führt kein Weg vorbei, was aber auch durchaus wünschenswert ist, spart doch z.B. die Passivhaustechnik bereits heute je nach Auslegung bis zu 90% der Heizenergie eines EnEV2016-Gebäudes. Gleiches gilt auch für Bestandsgebäude, was durch eine eigene Modernisierungsmaßnahme bestätigt wurde. Hier das Ergebnis= 3Fam.Haus, Bj. 1956 / KfW0fiktiv / PE-Kennwert = 1,0 / 98,8 % besser als Qp“-Referenzgebäude / Umbaukosten= heftig (ca. 1.250€/m²WoFl).
Für Häuser mit hocheffizienter Gebäudehülle müsste doch auch eine „LOW-tech-Variante“ Sinn machen:
Solarthermische Sommer-Überschüsse in einen Tiefenspeicher (Tiefensonde) transferieren und in der Heizperiode durch PV-betriebene Wärmepumpensysteme (Fassadenmontage) wieder nutzbar machen. Geht wahrscheinlich nicht an allen Standorten, aber sicher an vielen …
Leider ist Low-tech meist weniger „geil“ als Neu-tech, aber dafür in der Regel sicher (Ich würde ungern mit einem Wasserstoffspeicher „unter einem Dach“ wohnen.)
ich sehe es wie der Bericht… „keep it simpel“ sollte das Motto der nächsten Jahre lauten… und das heißt die smarte Direktnutzung über die Sektoren pushen und einen freien (bidirektionalen) Stromhandel auch aus effizienten Speichern untereinander ermöglichen. Da darf dann natürlich auch Wasserstoff sein, wenn es sich mit der Wärmenutzung rechnet, nur ist das aus meiner Sicht alleine wirtschaftlich betrachtet zumindest die nächsten Jahre eher der kleine Teil der Energiewende. Das Potenzial der dynamischen Direktverwertung mit der einhergehenden Effizienzsteigerung des Netzes ist gigantisch und es hat mal ausnahmsweise der „normale“ Bürger etwas von den (zeitweise) resultierenden günstigen Strompreisen. Es muss sich nur ordentlich rechnen, dann sind sehr viele Menschen bereit, für den Wandel bei Mobilität und bei der Heizung vom Fossilen zum Elektrischen zu investieren. Mit passenden Preisanreizen für die Nutzung der Volatilität ist die erste Phase der Wende am günstigsten und am schnellsten zu realisieren. Diese Struktur brauchen wir ohnehin für den späteren sparsamen und gezielten Einsatz von Wasserstoff, wenn wir mal die Überschüsse dafür haben.
Hallo Winfried . Sie werden sicherlich mit HPs zusammenarbeiten. Die Technik ist ausgereift und sicher aber es ist nicht nachhaltig so viele Ressourcen in einem Haus unterzubringen. Der Preis wird auch nach der Skalierung mit Solaranlage und 50 Flaschen für Wasserstoff noch im hohen fünfstelligen Bereich liegen. Zum Thema: Wir haben in Deutschland riesige Öl- und Gasspeicher angelegt um über alle stürmischen Zeiten zu kommen. Diese Notreserve muss durch Wasserstoff gedeckt werden. 70% unserer Energie Frist die Wärme. In Erfurt entsteht ein Projekt wo mit Sonne Wind und Akkus 365-24 Wasserstoff produziert wird. Mit der Produktion und dem Verbrauch werden durch die Abwärme über 100.000 Haushalte versorgt. Ein Anschluss an das deutsche Wasserstoff Netz wird mitgedacht. So kann die Wärmewende am schnellsten vollzogen werden und zwar ganzjährig. So kann die Sanierung der Gebäude über die nächsten Jahrzehnte erfolgen. Vielleicht werden dann auch Wärmepumpen für ganze Straßenzüge eingesetzt, welche keinen Wärmeanschluss haben. Nur an die Stromspitzen im Sommer zu denken ist wirtschaftlich nicht darstellbar. Auf der IAA für trucks kann man sehen wie gewaltig schnell Innovationen neue Möglichkeiten und Reichweiten bringen. Alle Ziele in Europa können dann mit einer Füllung Wasserstoff erledigt werden. Da die sogenannten Verluste von Wasserstoff bei der Umwandlung in Strom für die E-Motoren nicht genutzt werden kann glaube ich hier nur an eine immerhin CO2 freie Übergangslösung. In fünf Jahren werden bereits mehrere tausend Busse und Schwerlast LKW mit Wasserstoff fahren. Deswegen müssen wir die Produktion jetzt massiv nach oben fahren, dass in zwei drei Jahren genug grüner Wasserstoff vorhanden ist und nicht wegen einer Mangellage grauer Wasserstoff zum Einsatz kommt.
Apropos IAA für Trucks: Es scheint sich doch der Batterieelektrische Antrieb auch im Fernverkehr eher durchzusetzen. Die Total Costs of Investment sind heute schon niedriger als bei Diesel LKW. Und Wasserstoff LKW sind viel zu teuer. Auch die Kosten für die Ladeinfrastruktur der LKW ist viel geringer als ein Netz mit Wasserstofftankstellen. Man braucht außerdem pro Wasserstofftankstelle einen Kryo-LKW, der den ganzen Tag Wasserstoff anliefert, weil der Wasserstoff so voluminös.
https://www.electrive.net/2022/09/20/eactros-longhaul-daimler-trucks-hoffnungstraeger-im-fernverkehr/
In der Batterieentwicklung tut sich rasant neues:
Neue Batterieplattform für E-Busse von BYD mit einer Platzersparnis für die Batterie von 50% mit LFP Akkus allein mit Cell to Chassis Optimierung und höherer Energiedichte im Akku pro Volumen durch die neue Blade Batterie:
https://www.electrive.net/2022/09/20/byd-zeigt-blade-batterie-fuer-elektro-busse/
Informationen über die Batterieentwicklung liefert umfänglich das Helmholtzzentrum in Ulm und Karlsruhe:
https://hiu-batteries.de/
Also, hier einmal eine etwas anders gestaltete Antwort: Physikalische Gesetze lassen sich weder von Wunschdenken noch von politischen Aussagen beeinflussen. Punkt.
Wenn schon über H2-Mobilität geredet wird, dann bitte hier hineinschauen und danach weiterreden.:
https://www.linkedin.com/pulse/hydrogen-fuelcell-vehicle-great-idea-theory-paul-martin.
Dieser Paul Marin hat noch andere Artikel geschrieben und wird von vielen Machern, welche auf teufelkommraus reich werden wollen mit dem grünen Wasserstoff, schlecht gemacht.
Also, bitte lesen und Nachdenken, dann sieht die H2Welt etwas anders aus