Sowohl Deutschland als auch Europa haben sich das Ziel gesetzt, bis spätestens 2050 Treibhausgas-neutral zu sein. Das bedeutet, dass der Energieverbrauch in der gesamten Wirtschaft auf kohlenstofffreie Quellen umgestellt werden muss. Hier wird Wasserstoff eine wichtige Rolle spielen, vor allem bei Aktivitäten, die anders nicht oder nur schwer zu dekarbonisieren sind – etwa in der Stahlindustrie und der Chemiebranche, aber auch in der Luftfahrt, bei Schiffen oder in Teilen des Transportsektors. Entscheidend für die schnelle Umstellung ist dabei unter anderem die Frage, wie die Produktionskosten für grünen Wasserstoff auf ein konkurrenzfähiges Niveau gesenkt werden können. Aurora Energy Research hat dazu verschiedene Geschäftsmodelle analysiert.
"Blauer" Wasserstoff ist günstiger als "grüner"
Kohlenstoffarmer oder -freier Wasserstoff kann unter anderem durch Elektrolyse von Wasser ("grüner Wasserstoff") oder aus Erdgas mit CO₂-Abscheidung ("blauer Wasserstoff") hergestellt werden. Letzterer ist mit Kosten von etwa 2,5 €/kg derzeit noch deutlich günstiger. Viele Regierungen in Europa fördern deshalb Elektrolyseure mit Zuschüssen, Vergütungen oder Steuerbefreiungen und auch Entwickler und Investoren suchen nach Möglichkeiten, die Kosten zu senken. „Die Produktionskosten des grünen Wasserstoffs und damit seine Konkurrenzfähigkeit zu blauem Wasserstoff sind von verschiedenen Faktoren abhängig“, sagt Lisa Langer, Commercial Manager bei Aurora Energy Research. „Die Investitionskosten für die Anlagen sinken bereits rapide, Hauptkostentreiber bei der Herstellung von Wasserstoff mit Elektrolyseuren sind künftig die Stromkosten. Deshalb ist es entscheidend, das Geschäftsmodell zu optimieren.“ Um herauszufinden, welche Konzepte die besten Voraussetzungen für den Erfolg bieten, haben die Experten von Aurora Energy Research unterschiedliche Geschäftsmodelle analysiert.
Kombination Onshore-Wind und Elektrolyse am günstigsten
Die Konzepte für den Betrieb von Elektrolyseuren lassen sich zunächst anhand der Herkunft des verwendeten Stroms unterscheiden: Entweder die Anlage wird an das Netz angeschlossen und nutzt den dort angebotenen Strommix oder sie wird im Inselbetrieb direkt mit einer erneuerbaren Energiequelle gekoppelt und nutzt deren Stromerzeugung.
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass im zweiten Fall die niedrigsten Gesamtkosten für Wasserstoff anfallen, denn dieses Geschäftsmodell vermeidet die Gebühren für den Netzanschluss. Am günstigsten schneiden dabei Elektrolyseure in Norwegen ab, die mit Onshore-Windkraftanlagen gekoppelt werden: Sehr gute Windressourcen vor Ort sorgen dafür, dass sowohl die Kosten für den erzeugten Windstrom sinken als auch die Auslastung und Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseurs steigen. Ähnliche Kosten lassen sich in Spanien erreichen, ebenfalls mit der direkten Kombination von Elektrolyseuren und Onshore-Windkraftanlagen.
Elektrolyseur optimal anpassen
Die Betreiber solcher Insellösungen können die Kosten zusätzlich senken, zum Beispiel, indem sie die Größe des Elektrolyseurs optimal auf die Charakteristik des Stromerzeugers abstimmen: „Im Idealfall können die Kosten pro Kilo Wasserstoff um bis zu 40 Prozent niedriger sein, als wenn der Elektrolyseur einfach die gleiche Nennleistung wie das Erneuerbaren-Kraftwerk hat, also wenn zum Beispiel ein 1-Megawatt-Elektrolyseur mit einer 1-Megawatt-Windenergieanlage gekoppelt wird.“
Neben niedrigen Wasserstoffkosten profitiert die direkte Koppelung von Erneuerbaren-Anlage und Elektrolyseur auch davon, dass dabei keine direkten Kohlenstoffemissionen entstehen. Deshalb gilt Wasserstoff, der auf diese Weise erzeugt wird, in der EU als nachhaltig. Somit dürften solche Systeme auch weitere Kriterien der RED-II-Richtlinie für erneuerbare Energien erfüllen und in einer Reihe von europäischen Ländern für staatliche Unterstützung in Frage kommen.
Kosten von 2 bis 2,5 €/kg Wasserstoff
Um mit "blauem Wasserstoff" konkurrieren zu können, werden Elektrolyseur-Projekte allerdings noch erhebliche Kostensenkungen erreichen müssen. „Unsere Analyse zeigt, dass die Produktionskosten für grünen Wasserstoff in den nächsten zwei Jahrzehnten schnell sinken werden“, sagt Anise Ganbold, Global Energy Markets Lead von Aurora Energy Research. „Trotzdem wird es schwierig, in Europa 2 Euro pro Kilo Wasserstoff zu erreichen. Das kann nur in einem optimistischen Szenario mit viel niedrigeren Kosten und einem höheren Wirkungsgrad des Elektrolyseurs gelingen. Um einen schnelleren Rückgang der Kosten zu fördern und dazu beizutragen, dass grüner Wasserstoff konkurrenzfähig zu blauem Wasserstoff wird, sollten Regierungen den Ausbau erneuerbarer Energien unterstützen und Elektrolyseure von Netzgebühren und Steuern befreien."
Günstige Strompreise wichtig
Doch die Betreiber haben auch weitere Möglichkeiten, die Kosten zu senken, wie die Analyse zeigt. Zum Beispiel sollten netzgekoppelte Anlagen flexibel laufen, um Zeiten mit niedrigen Strompreisen zu nutzen beziehungsweise Zeiten mit hohen Gebühren zu vermeiden. Wie die Studie zeigt, lassen sich damit die Gesamtbetriebskosten im Vergleich zu permanent laufenden Elektrolyseuren je nach Land um über 50 % reduzieren. Ein Nachteil bleibt bei netzgekoppelten Anlagen: Die Treibhausgaslast des Wasserstoffs entspricht der des Strommixes in den Betriebsstunden. Aurora hat berechnet, dass ein Elektrolyseur in Deutschland aufgrund des kohle- und gaslastigen Stromerzeugungsmix‘ neunmal mehr CO₂ verursacht als eine Anlage in Spanien, wo der Anteil der erneuerbaren Energien sehr hoch ist. Allerdings sind die Emissionen des Stromsektors durch den europäischen Emissionshandel gedeckelt, was etwaige Emissionssteigerungen verhindern kann.
Eine Kurzfassung der Studie finden Sie unter https://go.auroraer.com/l/885013/2021-07-07/2x38f
