Wasserstoff: Knackpunkt Transport und Infrastruktur

Der niedersächsische Wirtschaftsminister Bernd Althusmann (2.v.r.) im Innern eines Brennstoffzellen-Müllwagens bei einem Besuch einer Wasserstoffproduktionsanlage des Energieversorgers EWE in Elsfleth, 23. Juli 2020. [EPA-EFE/FOCKE STRANGMANN]

Während Erdgaspipelines für den Transport von Wasserstoff genutzt werden können, werden die Kosten für die Nachrüstung der Infrastruktur in Verbindung mit den Anforderungen der Endverbraucher auf lokaler Ebene bestimmen, ob gemischter oder reiner Wasserstoff an den Endverbraucher geliefert wird, sagen Branchenexperten.

Sauberer Wasserstoff – also die Art Wasserstoff, die aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse hergestellt wird – gilt als zentrales Element des von der Europäischen Kommission geplanten „dekarbonisierten Energiesystems“.

CO2-arme Gase wie Wasserstoff oder Biomethan können fossile Brennstoffe in schwer wandelbaren Wirtschaftssektoren wie der Stahl- oder Chemieindustrie, der Schifffahrt, der Luftfahrt und dem Schwerlastverkehr auf der Straße ersetzen – also dort, wo eine Elektrifizierung derzeit nicht durchführbar oder zu teuer ist.

Die Ausweitung der Produktion und Nutzung von sauberem Wasserstoff ist daher zu einer politischen Priorität für die Europäische Kommission geworden, die im Juli eine spezielle Wasserstoffstrategie vorgelegt hat. Und während Wasserstoff heute meist in der Nähe des Einsatzortes produziert wird, könnte sich das in Zukunft ändern, da sowohl die Produktionsmengen als auch das Ausmaß der Transportwege zunehmen dürften.

Schließlich sind Pipelines „die billigste Vertriebsmethode, wenn die Nachfrage groß genug ist“, heißt es in einer von der EU finanzierten Studie der Beratungsunternehmen Guidehouse und Tractabel Impact, die im Juli dieses Jahres veröffentlicht wurde.

„Eine fortschreitende Einführung von Wasserstofflösungen kann auch dazu führen, Teile der bestehenden Erdgasinfrastruktur neu zu nutzen oder wiederzuverwenden, was dazu beiträgt, verlorene Bestände an/in Pipelines zu vermeiden,“ so die Kommission in ihrer Wasserstoffstrategie.

EU-Kommission skizziert Pläne für 100 Prozent erneuerbaren Wasserstoff

Die EU-Kommission hat ihre Pläne zur Förderung von Wasserstoff vorgestellt, der vollständig auf erneuerbarer Elektrizität basiert. Sie fügte jedoch hinzu, dass auch „CO2-armer“ Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen unterstützt werden soll.

Die Unterstützung der Kommission für die Nutzung von Gaspipelines für den Transport von Wasserstoff wurde bereits von Frans Timmermans, dem Vizepräsidenten der EU-Exekutive, der für die Überwachung des europäischen Green Deal zuständig ist, bekräftigt.

Während die EU „eine spezielle Wasserstoff-Infrastruktur“ entwickeln wolle, könne die Neuausrichtung bestehender Gasnetze dazu beitragen, die Übergangskosten zu senken, sagte Timmermans im Mai, als die Kommission ihren Recovery-Plan angesichts der COVID-19-Krise vorstellte.

„Es ist wichtig, dass wir die bestehende Erdgas- und LNG-Infrastruktur daraufhin untersuchen, inwieweit sie bereits für Wasserstoff nutzbar ist oder an die Nutzung von Wasserstoff angepasst werden kann“, sagte Timmermans damals. „Je mehr wir die Infrastruktur doppelt nutzen können, desto besser ist sie – auch, um den Übergang zu grünem Wasserstoff in Zukunft bezahlbar zu machen“.

„Ich bin wirklich begeistert von diesen Möglichkeiten, und wir werden eine Menge Arbeit in dieser Richtung leisten,“ versprach der niederländische Kommissar.

Der europäische Verband der Gasübertragungsnetzbetreiber (ENTSOG) ist gar der Meinung, dass die Infrastruktur entwickelt werden sollte, bevor die Wasserstoffproduktionsmengen hochgefahren werden. Dadurch könne der Wasserstoffverbrauch in wichtigen Endverbrauchssektoren wie Verkehr und Industrie weiter gefördert werden.

„Der Weg zur Entwicklung eines starken Wasserstoffmarktes und einer starken Wasserstoffwirtschaft beginnt mit der Entwicklung einer geeigneten Infrastruktur, die die Produktionsstätten (Onshore und Offshore) mit den Verbrauchern verbindet,“ so ENTSOG gegenüber EURACTIV.com in einem per E-Mail zugesandten Kommentar.

„Sauberer Wasserstoff kann effizient über umgewidmete oder nachgerüstete bestehende Gaspipelines transportiert werden, um sowohl eine Wasserstoffwirtschaft zu schaffen als auch die Ziele des EU-Green Deal zu unterstützen,“ erklärt ENTSOG.

"Wasserstoffallianz" in den Startlöchern

Mit einer neuen „Allianz“, die am Mittwoch vorgestellt werden soll, will die EU-Kommission zusammen mit der Energieindustrie die EU als Führungsmacht im Bereich Wasserstoff positionieren.

Die große Frage für die politischen Entscheidungsträger ist es, die genauen Kosten für die Nachrüstung von Pipelines und LNG-Terminals zu bestimmen, was derzeit von der Gasindustrie untersucht wird, so ENTSOG.

Gas Infrastructure Europe (GIE), ein weiterer Industrieverband, hat vier Hauptpfade für die Entwicklung einer Wasserstoff-Infrastruktur identifiziert, darunter die direkte Lieferung von Wasserstoff nach Europa über Pipelines oder die Umwandlung anderer Gase in Wasserstoff nach ihrer Landung an LNG-Importterminals.

GIE bereitet derzeit eine detaillierte Kosten-Nutzen-Studie vor, die im Oktober veröffentlicht werden soll und in der die Vor- und Nachteile der verschiedenen Optionen bewertet werden.

Wasserstoffinfrastruktur

In der Zwischenzeit sind auch Pläne zur Entwicklung einer speziellen Wasserstoff-Infrastruktur im Gange. Im Juli legte eine Gruppe von elf europäischen Gasinfrastrukturunternehmen einen Plan zur Entwicklung eines europäischen Wasserstoff-„Rückgrats“ von fast 23.000 km Länge bis 2040 vor, das parallel zum Erdgasnetz genutzt werden soll.

Doch während für dieses „Rückgrat“ der Umbau von Pipelines geplant ist, die aufgrund der sinkenden Nachfrage überflüssig geworden sind, könnten diese nicht überall verfügbar sein und müssten durch neue Infrastruktur ergänzt werden.

Altmaier und Le Maire wollen gemeinsame Wasserstoff-Produktion vorantreiben

Frankreich und Deutschland wollen zusammen Weltmeister für grünen Wasserstoff werden. Sie planen eine gemeinsame Produktionsanlage, die staatliche gefördert werden soll. Uneinigkeiten gibt es aber bei der Frage um den Atomstrom.

Bis größere Mengen sauberen Wasserstoffs verfügbar werden, besteht eine weitere Option darin, kleine Mengen Wasserstoff mit Erdgas in bestehenden Pipelines zu mischen – eine Lösung, die sich in einer Übergangsphase als attraktiv erweisen könnte, da sie keine Nachrüstung erfordert.

„Das Mischen ist jedoch weniger effizient und mindert den Wert von Wasserstoff,“ erläutert die Kommission in ihrer Strategie vom Juli. „Das Mischen verändert auch die Qualität des in Europa verbrauchten Gases“ und kann daher auch zu einer Fragmentierung des europäischen Gasmarktes führen, warnt die EU-Exekutive.

Laut ENTSOG sind beide Optionen möglich und könnten in einer Übergangsphase koexistieren.

Letzten Endes werden die Kosten unterschiedlich hoch sein, je nachdem, ob Wasserstoff mit Erdgas gemischt oder in reiner Form transportiert wird. Anders ausgedrückt: Je näher man dem reinen Wasserstoff kommt, desto teurer wird er. Bei niedrigen Prozentsätzen könnte zum Beispiel die bestehende Infrastruktur bereits „wasserstofftauglich“ sein, erklärte ENTSOG. Einige Länder wie Frankreich erlauben bereits eine Beimischung von bis zu zehn Prozent.

Das bedeutet aber nicht, dass Gasbetreiber sofort mit der Einspeisung von Wasserstoff in das Netz beginnen können – je nach Bedarf sind auch Anpassungen auf der Verbraucherseite erforderlich.

Einige industrielle Endverbraucher, wie z.B. Stahlhersteller, würden es vorziehen, mit reinem Wasserstoff versorgt zu werden, um ihren Betrieb zu dekarbonisieren. Andere hingegen, wie die petrochemische oder die Kunststoffindustrie, benötigen für ihre Herstellungsprozesse hochwertiges Erdgas und würden daher Entmischungsanlagen präferieren.

Wasserstoffstrategie: Champagner passt nicht überall

Gestern hat die EU-Kommission ihre lang erwartete Wasserstoff-Strategie vorgestellt. Die setzt zwar vor allem auf Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, schließt „grauen Wasserstoff“ aber nicht aus. Was fehlt, ist schlicht der politische Wille – ein Gastbeitrag.

Für die Haushalte könnte die Umstellung auf Wasserstoff Änderungen an Haushaltsgeräten wie Gasherden bedeuten. Ein Beispiel ist das H21-Projekt im nordenglischen Leeds, wo ein ganzer Stadtteil auf Wasserstoff umgestellt wird, einschließlich der Brenner in den Häusern der lokalen Bevölkerung.

„Die Obergrenze für die Wasserstoffbeimischung im Netz wird von den daran angeschlossenen Geräten und Nutzern und deren Möglichkeiten zur Anpassung an die Wasserstoffkonzentrationen abhängen,“ so ENTSOG. Um das Gassystem ‚wasserstofftauglich‘ zu machen, könnte auch die Entwicklung neuer technischer Lösungen wie Membranen zur ‚Entmischung‘ erforderlich sein, erklärte ein Sprecher.

Wenn die relative Menge an Wasserstoff in der Mischung zunimmt, steigt auch die Anzahl der erforderlichen Nachrüstungen. Jenseits eines bestimmten Niveaus argumentieren einige, dass es sogar wirtschaftlich sinnvoller sein könnte, Wasserstoff in reiner Form zu transportieren.

„Typischerweise sollte die Entscheidung, ob auf 100 Prozent Wasserstoff oder H2-Mischungen umgerüstet werden soll, auf einer Einzelfallstudie basieren“, an der TSOs, DSOs und Endnutzer auf der Grundlage ihrer Infrastruktur und nachgelagerter Anwendungen beteiligt sind, so ENTSOG.

Marcogaz, ein Verband, der sich mit technischen Fragen für die Gasindustrie befasst, hat diese verschiedenen Anforderungen aufgezeigt (siehe folgende Grafik).

Die gute Nachricht sei, so Marcogaz, dass die meisten Elemente der Infrastruktur für die Speicherung und Verteilung von Gas sowie die Haushaltsgeräte voraussichtlich bis zu zehn Prozent Wasserstoff „mit Modifikation“ aufnehmen können. Einige Netze und Haushaltsgeräte werden laut Marcogaz tatsächlich bereits mit Wasserstoffmengen von bis zu 20 Prozent betrieben.

Höhere Konzentrationen könnten aber nur „durch Forschung und Entwicklung durch weitere Maßnahmen oder Ersatz“ erreicht werden, so der Verband.

Kritiker monieren derweil, dass die unterschiedlichen Mischungsqualitäten und die damit verbundenen Anforderungen an die Gasinfrastruktur die Gefahr bergen, dass Gastransport und -verteilung für die Betreiber von Gasinfrastrukturen zu komplex werden.

„Das wird die Dinge extrem kompliziert machen,“ warnt beispielsweise Jonathan Stern vom Oxford Institute of Energy Studies, der Anfang des Jahres auf einer Online-Veranstaltung von EURACTIV.com sprach. „Ich denke, dies könnte uns viel Zeit kosten, so wie es uns für Erdgas viel Zeit gekostet hat“, sagte er den Teilnehmern der Veranstaltung damals und erinnerte daran, dass es 30 Jahre gedauert hat, um einen funktionierenden EU-weiten Markt für Erdgas aufzubauen.

Wasserstoff: Große Träume und noch viel Infrastruktur-Arbeit

Die Europäische Kommission wird Anfang nächsten Monats mit einen großen Vorstoß für den Einsatz von Wasserstoff herauskommen, aber es gibt Bedenken, ob die bestehende Infrastruktur die Nachfrage decken kann.

Die Kommission scheint sich dieser Risiken bewusst zu sein und weist ebenfalls auf eine potenzielle Fragmentierung des EU-Gasmarktes infolge von Gasmischungen hin. „Die derzeitigen Gasqualitätsstandards – nationale und CEN-Normen – müssten aktualisiert werden. Darüber hinaus könnte eine Verstärkung der Instrumente erforderlich sein, um die grenzüberschreitende Koordinierung und Systeminteroperabilität für einen ungehinderten Fluss von Gasen zwischen den Mitgliedstaaten sicherzustellen,“ heißt es in der Wasserstoffstrategie.

„Diese Optionen müssen sowohl hinsichtlich ihres Beitrags zur Dekarbonisierung des Energiesystems als auch hinsichtlich ihrer wirtschaftlichen und technischen Auswirkungen sorgfältig geprüft werden,“ argumentiert die EU-Exekutive.

Umweltschützer warnen ihrerseits, dass sich die komplette Aktion aus Klimaperspektive nicht lohnen könne. „Die Industrie benutzt Wasserstoff als Deckmantel, um fossile Brennstoffe länger am Netz zu halten,“ meint Silvia Pastorelli von Greenpeace. „Mehr Investitionen in die Gas- und Gasinfrastruktur werden uns nur weitere Emissionen bescheren,“ sagt sie und warnt davor, dass „Gas ein ebenso fossiler Brennstoff ist wie Kohle und Öl“ und daher einen großen Anteil an der Klimakatastrophe hat.

Sie betont: „Mit fadenscheinigen Versprechungen, dass die Pipelines schließlich saubere Energie transportieren werden, sichert sich [die Industrie] jetzt Investitionen für fossile Brennstoffe. Die Regierungen müssen hingegen mit Direktinvestitionen in erneuerbare Energien in die Zukunft investieren und dürfen uns nicht mit toten Fossilien in der Vergangenheit verankern.“

[Bearbeitet von Frédéric Simon]

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