ED 04/12 Eine Welt ohne Öl (S.30-31)

Wasserstoff und Ecofuels

Das falsche Versprechen einer Wasserstoffwirtschaft

Die Politik finanziert großzügig Programme zur Neuschaffung einer Wasserstoffwirtschaft ohne Berücksichtigung von physikalischen Zusammenhängen und technischen Grenzen. Die von Fördergeldempfängern hochstilisierte Idee, Wasserstoff als universellen Wunderenergieträger zu nutzen, der unsere Energieprobleme löst, wird an der Energiebilanz der Wasserstoffkette scheitern.
Von Dr. Ulf Bossel

(20. Juni 2022) Nur Energie aus erneuerbaren Quellen kann der Menschheit langfristig und klimaneutral dienen. Die aus Wind, Sonne und Wasser geerntete Energie steht allen Sektoren in hochwertigster Form als elektrischer Strom nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Für den Transport dieses grünen Primärstroms von der Quelle zum Energieverbraucher gibt es mehrere Wege mit unterschiedlichen Energiebilanzen.

1900 Ulf Bossel

Dr. Ulf Bossel studierte Maschinenbau an der ETH in Zürich, promovierte an der University of California in Berkeley, dozierte als Professor an der Syracuse University (New York), war in leitender Funktion für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) tätig und ist Mitbegründer der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS). Bossel lebt in der Schweiz und ist freischaffender Innovationsberater für Brennstoffzellentechnik sowie nachhaltige Energielösungen.

Zur Verwirklichung der Energie- und Klimawende muss deshalb stets die Frage beantwortet werden: „Wie kann mit einer Kilowattstunde grünem Primärstrom am meisten Nutzen generiert werden“? Dazu sind Energiewandlungsketten miteinander zu vergleichen. Die Wirkungsgrade der einzelnen Wandlungsschritte sind bekannt. Man kann für jede dieser Übertragungsketten die Gesamtenergiebilanz „von der Wiege bis zur Bahre“ erfassen und das zukünftige Energiesystem gezielt für eine möglichst hohe Gesamteffizienz und damit langfristig niedrige Kosten optimieren. Leider ist die Energiebilanz der Wasserstoffnutzung nicht Teil der öffentlichen Diskussion – gleichwohl die Energiedepesche seit Jahren regelmäßig über diesen Aspekt berichtet (siehe „Gedanken zur Wasserstoffbegeisterung“; „Wasserstoff: Joker für die Energiewende?“„Milliarden für Wasserstoff“ und „Wasserstoffmobilität als Königsweg?“).

Sinn und Notwendigkeit

Wasserstoff ist für die Gestaltung der Energiewende ein unbequemer Energieträger. Die Wasserstoffversorgung beginnt mit der Beschaffung und Destillation von rund 9 Liter Wasser pro Kilogramm zu erzeugendem H2 für die Elektrolyse. Der mit einem Wirkungsgrad von rund 70 Prozent erzeugte Wasserstoff muss mehrfach komprimiert, verteilt beziehungsweise transportiert und umgefüllt werden. Im Endbereich wird er wieder in Strom verwandelt oder verheizt. Alle Wandlungsschritte sind mit Energieverlusten oder zusätzlichem Energiebedarf verbunden.

Die bereits im Jahr 2002 auf dem European Fuel Cell Forum in Luzern unter dem Titel „The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak?“ vorgetragene Energieanalyse einer Wasserstoffwirtschaft ist im Auftrag des Fraunhofer-Instituts für Technikfolgeabschätzung übersetzt und im Jahr 2010 vom Leibniz-Institut frei zugänglich veröffentlicht worden. Basierend auf diesen Ergebnissen wird im Folgenden exemplarisch dargestellt, welchen Nutzen man aus grünem Primärstrom ziehen kann, wenn man ihn direkt über bestehende Leitungen verteilt oder indirekt über Wasserstoff verwertet.

 1900 Grafik Einsatzbereiche für grünen Wasserstoff / Grafik: Energiedepesche basierend auf der Clean Hydrogen Ladder von Michae

Nachhaltige Wärmeerzeugung

Eine erneuerbar erzeugte Kilowattstunde (kWh) Strom kann über bestehende Leitungsnetze mit vernachlässigbaren Verlusten verteilt und in Heizwärme umgewandelt werden. Man kann allerdings viel besser eine Wärmepumpe betreiben und erhält etwa drei bis vier kWh Wärme. Auch lässt sich mit dem grünen Primärstrom Wasser elektrolytisch spalten. Der so erzeugte Wasserstoff wird im Erdgasnetz verteilt und in Heizkesseln verbrannt. In diesem Fall müssen mit dem grünen Primärstrom alle zuvor genannten Wandlungsschritte energetisch bedient werden. Lediglich die Hälfte der Originalenergie steht noch für die Erzeugung von Nutzwärme zur Verfügung. Der Vergleich mit den zwei anderen Optionen ist vernichtend: Eine grüne Kilowattstunde liefert mit Wärmepumpe 3 bis 4 kWh, mit einem Widerstandsheizer 1 kWh aber über Wasserstoff nur gut 0,5 kWh nutzbare Heizwärme. Es ergibt folglich keinen Sinn, aus grünem Primärstrom Wasserstoff für Heizzwecke zu erzeugen. Die mit grünem Strom betriebene elektrische Wärmepumpe ist der klare Sieger für eine nachhaltige Wärmeerzeugung.

Nachhaltige Mobilität

Die Lieferkette von Wasserstoff im Mobilitätssektor unterscheidet sich geringfügig von der Wasserstoffverteilung als Brenngas. Der bei mittlerem Druck über Rohrleitungen oder Tanklastwagen verteilte Wasserstoff muss an Tankstellen zum Befüllen von Fahrzeugtanks noch einmal auf rund 700 bar verdichtet werden. Dort angekommen, werden wiederum nur rund 50 Prozent der getankten Energie über eine Brennstoffzelle als Nutzenergie in Form von Strom zur Verfügung gestellt. Der Gesamtwirkungsgrad der Wasserstoffkette liegt für eine Mobilitätsnutzung bei nur etwa 20 Prozent. Vom grünen Primärstrom sind bei einem Batteriefahrzeug hingegen über 80 Prozent für den Fahrzeugantrieb nutzbar. Mit dem grünen Strom, der für den Betrieb eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs benötigt wird, können also beinahe vier gleichwertige Fahrzeuge mit Batterie betrieben werden. Im Fahrzeugbereich kann Wasserstoff deshalb grundsätzlich keine Zukunft haben. Nicht nur die hohen Energieverluste, sondern auch die enormen Investitionskosten verhindern, dass sich Wasserstoff gegenüber grünem Strom im freien Markt behaupten kann. Eindeutiger Sieger ist auch hier der elektrische Weg. Lediglich für den Verkehr auf langen Strecken zu Luft und zu Wasser wird man im Hinblick auf die notwendige Energiedichte künstlich erzeugte Energieträger einsetzen müssen.

Synthetische Kraftstoffe

Die auch als „Power-to-Gas“ oder „Power-to-­Li­quid“ bekannten Verfahren zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe sind ebenfalls sehr energieintensiv. Der Gesamtwirkungsgrad für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe liegt unter 15 Prozent. Beim Einsatz dieser grünen Kraftstoffe gehen noch einmal rund 50 Prozent verloren. Auf die Straße, eine Schiffsschraube oder ein Flugzeugtriebwerk gebracht werden somit im Ergebnis deutlich weniger als 10 Prozent der grünen Primärenergie. Mit dem grünen Primärstrom, der für synthetisch hergestellte „grüne“ Kraftstoffe benötigt wird, könnte man mehr als zehn Batteriefahrzeuge mit Strom versorgen. Auch hier ist der direkte elektrische Weg der klare Sieger – sofern er einsetzbar ist.

Wasserstoff in Gaskraftwerken

Ferner soll grüner Wasserstoff den Verheißungen nach eine CO2-freie Stromerzeugung in Gaskraftwerken sicherstellen. Hier gelten zuerst einmal die bereits für den Mobilitätssektor beschriebenen Wirkungsgrade. Vom grünen Primärstrom, der als Wasserstoff verteilt und in einem Gaskraftwerk wieder in Strom verwandelt wird, bleiben also nur noch etwa 20 Prozent als Nutzstrom übrig. Für eine Energieverteilung mit Wasserstoff müssen folglich rund viermal mehr Wind- oder Solarkraftanlagen errichtet werden als für eine direkte Stromversorgung über bestehende Netze. Auch hier ist die direkte Netzeinspeisung des grünen Stroms der eindeutige Sieger.

Energiespeicherung

Lediglich die Speicherung von Sommersonnenstrom für Dunkelflauten und die Wintermonate ist eine bisher ungelöste Aufgabe. Aber auch in diesem Fall können nur etwa 20 Prozent der eingesetzten Energie zurückgewonnen werden. Wegen der geringen volumetrischen Energiedichte von Wasserstoff werden zudem massive Speichertanks und Kavernen benötigt. Wirtschaftliche Lösungen sind keine in Sicht. Daher sollte zunächst der Energiebedarf im Winter durch eine bessere Gebäudeisolation und organisatorische Maßnahmen drastisch gesenkt werden, damit eine ineffiziente saisonale Wasserstoffspeicherung der im Sommer geernteten Sonnenenergie machbar wird.

Chemische Anwendungen

Bei allen chemischen Prozessen, die heute mit fossilen Brennstoffen durchgeführt werden, kann grüner Wasserstoff den CO2-Ausstoß stark vermindern. Energie wird jedoch vor allem für die Beheizung der Reaktoren eingesetzt. Nur ein kleiner Teil des Brennstoffs wird für den eigentlichen chemischen Prozess benötigt. Die vollständige Substitution der fossilen Brennstoffe würde zu einem enormen Wasserstoffbedarf führen. Als nachhaltige Lösung bietet sich eine Trennung von Aufheizung und Reaktionschemie an. Mit grünem Strom wird geheizt, mit grünem Wasserstoff wird reduziert. In diesem Fall wird grüner Strom effizient genutzt und der energieintensiv erzeugte Wasserstoff nur zur chemischen Reaktion verwendet. Wieder ist die elektrische Beheizung mit grünem Strom besser als die plumpe Substitution der für den Gesamtprozess eingesetzten fossilen Energieträger durch Wasserstoff. Man könnte weitere Beispiele zitieren. Alle haben eines gemeinsam: Grüner Wasserstoff ist nur sinnvoll, wenn er in Reduktionsprozessen ­kohlenstoffhaltige Energieträger ersetzt, was Strom für sich genommen nicht kann.

Fazit

Alle genannten Beispiele verdeutlichen, dass Wasserstoff ein für die Energiewende problematischer Energieträger ist. Denn mit grünem Strom und dem bestehenden Stromnetz lässt sich saubere Energie aus Sonne, Wind und Wasser wesentlich effizienter und kostengünstiger nutzen. Nur in den Fällen, in denen eine direkte Nutzung nicht möglich ist, kann der Umweg über Wasserstoff eine vertretbare Lösung darstellen. Die Energiewende wird daher nicht mit einer „Wasserstoffwirtschaft“ gelingen, sondern mit einer „Elektronenwirtschaft“. Denn die Infrastruktur für eine Elektronenwirtschaft existiert bereits und muss nur teilweise ergänzt oder ertüchtigt werden.

Notwendig ist zudem eine rationellere Stromnutzung im Endbereich. So führt insbesondere der Austausch von Heizkesseln durch elektrische Wärmepumpen gleicher Heizleistung zu einem Strommangel im Winter. Notwendig ist es daher, Gebäude energetisch zu sanieren bevor man den Öl- oder Gaskessel durch kleinere Wärmepumpen ersetzt. Ebenso muss im Bereich der Chemie, soweit möglich, Strom zu Heizzwecken eingesetzt werden, der durch geringe Mengen an wertvollem Wasserstoff ergänzt werden kann. Solche organisatorischen Maßnahmen müssen vom Gesetzgeber behandelt werden und nicht die Verteilung von ­Geldern im Gießkannenprinzip zum Aufbau einer ineffizienten und teuren Wasserstoffwirtschaft. Unsere Energie- und Klimaprobleme lassen sich gemeinsam mit grünem Strom und begleitenden Sparmaßnahmen lösen. Mit zeitraubenden, aufwendigen und energetisch fragwürdigen Umwegen über Wasserstoff – in Bereichen, wo diese nicht notwendig sind – wird die drohende Klimakatastrophe hingegen kaum zu vermeiden sein. Die Politik muss schnellstens umdenken, bevor die Weichen in Richtung Sackgasse gestellt sind. 

Wasserstoff

Gedanken zur Wasserstoffbegeisterung

Gedanken zur Wasserstoffbegeisterung

Wenn eine Forschungsministerin in Talkshows verkündet, dass „Wasserstoff unser neues Öl“ sei oder Wasserstoff-Freunde postulieren, Solarkraftwerke in Afrika könnten unsere Energieprobleme lösen, regt sich Widerstand bei Dr.-Ing. Gerd Eisenbeiß, der Sie im Folgenden an seinen Erinnerungen aus über 40 Jahren Tätigkeit in Ministerien und Forschungsinstituten teilhaben lässt.
Von Dr.-Ing. Gerd Eisenbeiß

(23. August 2021) Für jemanden, der seit seinem Physik-Diplom mit Wasserstoff zu tun hat, ist das Thema „Wasserstoffbegeisterung“ nichts Neues. Das Hype-Thema kommt immer mal wieder auf – und verschwindet wieder, sobald die hinlänglich bekannten Effizienz- und Kostenprobleme erneut untersucht wurden. Dementsprechend hat es mich sehr erfreut, dass in der letzten Energiedepesche ein realistischer Blick auf die heutigen Wasserstoff-Übertreibungen veröffentlicht wurde (Anm. d. Redaktion: Artikel „Wasserstoff: Joker für die Energiewende?“), an den ich hiermit anknüpfen möchte.

1900 Dr.-Ing. Gerd Eisenbeiß

Dr.-Ing. Gerd Eisenbeiß ist studierter Physiker, arbeitete zunächst als Wissenschaftler am Kernforschungszentrum Karlsruhe, wechselte 1973 als Referent ins Bundeskanzleramt und später als Referatsleiter in das Bundesforschungsministerium. Von 1990 bis 2001 war er Programmdirektor für Energie- und Verkehrsforschung beim Deutschen Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie anschließend Vorstand für Energie- und Materialforschung im Forschungszentrum Jülich. Seit seiner Pensionierung im Jahr 2006 widmet sich Gerd Eisenbeiß vornehmlich der Publizistik. www.politikessays.de

Bedingt durch meine früheren Tätigkeiten komme ich nämlich bei gleicher Faktenlage zu geringfügig anderen Schlüssen, an denen ich Sie gerne teilhaben lassen möchte. Meine Interpretation des Regierungshandelns ist beispielsweise grundsätzlich freundlicher. Ich sehe die politischen Entscheider einen Wettlauf um „Zukunftskompetenzen“ kämpfen – auch vor dem Hintergrund des schon lange begonnenen Bundestagswahlkampfes, den sich die Industrie clever zunutze macht. Insbesondere die „Retter“ des Verbrennungsmotors und des Stahlstandortes Deutschland, die sich zukünftig nicht nur das Eisenerz, sondern auch noch die Energie aus anderen Kontinenten herbeisubventionieren lassen wollen, rennen aktuell offene Türen bei den politischen Entscheidern ein. Gleiches gilt für Vertreter der Energiewirtschaft und insbesondere der Gasnetze. Aber dazu später mehr.

Unglaubliche Faszination

Der faszinierende Gedanke vom „sauberen Wasserstoff“ betört mit jedem Hype aufs Neue Wissenschaftler, Journalisten und Teile der Öffentlichkeit sowie manchen Politiker. Dazu ein schönes Beispiel aus den späten 1980er Jahren: Bei einer Pressekonferenz im Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) zum Thema „Solarer Wasserstoff“ fragte mich ein WDR-Journalist, ob ich nicht auch der Meinung sei, dass nur eine finstere Verschwörung der Ölkonzerne bisher verhindert habe, dass man Wasserstoff nicht an jeder Ecke tanken könne. Ich antwortete darauf: „Ach wissen Sie, Wasserstoff ist ein Gas, das ist so leicht, dass wenn es einem zu Kopfe steigt, fängt man an zu schweben“. Ich war damals unter Forschungsminister Heinz Riesenhuber Referatsleiter für Energie-Effizienz sowie erneuerbare Energien und damit auch für Wasserstoff zuständig.

Zyklus der Erkenntnis

Im Zuge dieser Tätigkeit konnte ich viel darüber herausfinden, ob es prinzipielle Probleme auf dem Weg zu solarem Wasserstoff gibt und wo. So sind bereits vor rund 30 Jahren grob 100 Millionen DM Fördermittel sowie weitere 50 Millionen DM von Projektpartnern in die großen Systemprojekte „HYSOLAR“ und „Solarwasserstoff Bayern“ sowie in Grundlagen- und Sicherheitsforschung sowie in die Elektrolyseurentwicklungen geflossen. Die Ergebnisse dieser Forschungen haben sich nicht in Luft aufgelöst – man kann sie auch heute noch nachlesen. In jüngster Zeit tönt es dennoch erneut aus der Politik, „Wasserstoff sei das neue Öl“, er solle „Erdgas in der Breite“ ersetzen oder fast schon philosophisch „Wasserstoff sei das Schlüsselelement für Energiewende und Nachhaltigkeit“. Wenigstens wird heutzutage nicht mehr von einer „Wasserstoff-Gesellschaft“ schwadroniert wie einst von deutschen Forschungsmanagern und Jeremy Rifkin.

Unterschätzter Strom

Erfreulicherweise liest man immer häufiger nüchterne Einordnungen, die Wasserstoff nicht als Allheilmittel, sondern in lediglich bestimmten Fällen als einen sinnvollen Teil einer treibhausgasfreien Stromwirtschaft einordnen. Die gemeinhin stattfindende Unterschätzung des Stroms und die Überschätzung des Wasserstoffs könnten damit zusammenhängen, dass Strom traditionell als Sekundärenergieträger und Gas als Primärenergieträger gilt. In der Welt der Nachhaltigkeit ist es aber umgekehrt: Strom aus Sonne und Wind ist primär und das Gas aus Wasserstoff sekundär, weil Strom nicht unter erheblichen Verlusten aus Gas, sondern Gas unter Verlusten aus Strom produziert wird! Thermodynamisch ist Strom grundsätzlich die höherwertige Energieform, weil Strom reine Arbeitsfähigkeit (Exergie) darstellt, ein Gas dagegen „nur“ die Summe seiner chemischen Bindungsenergie ist. Die Nachhaltigkeit unserer Energieversorgung entscheidet sich bei der CO2-freien und nicht-nuklearen Stromversorgung. Das ist keine Absage an Solar- oder Erdwärme, die auch in unseren Breitengraden hier und da durchaus zur Wärmeversorgung beitragen können, und schon gar nicht an die notwendige Effizienzsteigerung bei jeglichem Energieverbrauch. Es ist zudem vollkommen klar, dass Industrie, Verkehr, Kleinverbrauch und sogar die Restwärmeversorgung energieeffizienter Gebäude auf elektrischem Strom beruhen werden. Und dieser Strom wird aus Sonne und Wind sowie ein wenig Wasserkraft und Biomasse hergestellt werden. Mit der Kernfusion oder anderen unerschöpflichen Energiequellen müssen wir auf absehbare Zeit nicht rechnen.

1900 Bild 1 Kombination Solar Wind Wasserstoff / Foto: malp / stock.adobe.com

Speicherung als Schlüssel

Alle wissen längst, dass eine Stromversorgung aus Sonne und Wind ein Speicherproblem hat, das zumindest für den saisonalen Ausgleich Wasserstoff aus Elektrolyse erfordert. Dafür dürfte der Wasserstoff am besten am Ort seiner Erzeugung bleiben, um mittels Brennstoffzellen oder Gasturbinen in Elektrizität rückverwandelt zu werden. Viel mehr erscheint ein Stromnetz optimal, das eine jederzeit sichere Versorgung sicherstellen kann, weil es Elektrolyseure, Wasserstoff-Speicherund Rückverstromer an jeweils einem Ort unterhält. Ein Wasserstofftransport ist sodann nicht nötig. Auch kann der bei der Elektrolyse entstehende Sauerstoff verwertet werden, beispielsweise effizienzverbessernd bei der Rückverstromung. Die anfallende Wärme kann wiederum zur Versorgung geeigneter naher Verbraucher genutzt werden.

Gebäude im Fokus

Eine solche Infrastruktur hat noch weitere Vorteile: Interessant ist beispielsweise die Perspektive, dass eine saisonal gesicherte Stromversorgung die kurzfristigeren Stabilisierungsaufgaben des Stromnetzes mit erledigt. Teure Kleinlösungen wie hausinterne Batterien oder die bidirektionale Netzverbindung von Fahrzeugbatterien werden nicht benötigt. Natürlich wird das die Dezentralisierungs-Ideologen betrüben, aber diese müssen sich ja ohnehin mit Gigawatt-Windparks, Interkontinentalkabeln und Wasserstoffpipelines abfinden. Aus dem bestehenden Stromnetz lassen sich gestützt durch Wasserstoffzentren auch die Wärmepumpen versorgen, die unsere Gebäude heizen und warmes Wasser bereitstellen. Als Wärmespeicher stehen Warmwassertanks zur Verfügung, die elektrische nachgeheizt werden können. Wärme-Kraft-Kopplung verliert ihren Sinn, da Strom auch Wärme kann. Es wird eine reine Kostenfrage sein, ob dabei auch Erdwärme oder Solarkollektoren eingesetzt werden – Erdwärme ist allerdings nicht so sauber und erneuerbar wie Sonne und Wind.

Verkehrssektor

Auch der Verkehr wird durchgängig elektrisch. Schienenfahrzeuge werden bereits überwiegend unmittelbar mit Strom betrieben. Noch nicht mit Oberleitungen ausgerüstete Strecken müssen nachgerüstet werden. Lediglich die PKW dürfen auf praktikable Batterielösungen hoffen. LKW und andere schwere Nutzfahrzeuge könnten mit Brennstoffzellen betrieben werden, die Wasserstofftankstellen benötigen. Die Erzeugung des benötigten Wasserstoffs kann dabei vor Ort geschehen. Denn Wasserstoff kann einfach an den Tankstellen erzeugt werden, wo er auf das erforderliche Druckniveau von bis zu 800 bar verdichtet werden muss. Die Betreiber solcher Anlagen sind sodann Stromkunden wie andere Betriebe auch. Die erforderliche Tankinfrastruktur kann zudem klein gehalten werden. Es ist letztlich eine Frage der Systemkosten, ob zentrale Großelektrolyseurstationen Druckflaschen mit Wasserstoff befüllen, die dann mit Lastwagen zu den Tankstationen gebracht werden – oder ob Wasserstoff einfach vor Ort erzeugt wird. Ob jedoch das künftig nicht mehr benötigte Erdgasnetz die Tankstellenversorgung übernehmen könnte, scheint mir fraglich – nicht wegen der Umrüstung auf Wasserstoff an sich, sondern wegen des Druckniveaus und der Überdimensionierung des bestehenden Netzes in einer nachhaltigen Zukunft. Jedenfalls erscheint die Vorstellung abwegig, wir müssten das Erdgasnetz mit Wasserstoff füllen. Wer soll der Abnehmer dafür sein? Der Wärmemarkt wird schließlich direkt mit dem Primärenergieträger (!) Strom bedient.

Batterien statt Brennstoffzellen

Schon vor mehr als 30 Jahren gab es Untersuchungen zu wasserstoffspeichernden organischen Flüssigkeiten, die heute LOHC genannt werden und wegen ihrer Stabilität bei Umgebungsdruck attraktiv erscheinen. Ob beim heutigen Stand der benötigten Materialien und Technologien brauchbare Lösungen gefunden werden, ist eine offene Forschungsfrage. Die gesamte Zeit über, die ich im Bundesministerium für Forschung und Technologie, als Programmdirektor beim DLR oder als Vorstand im Forschungszentrum Jülich mit Brennstoffzellen zu tun hatte, verschob sich die Vorteilsgrenze in Verkehrssystemen langsam, aber merklich zu Gunsten der Batterie. Heute sind neben PKW bereits leichte Nutzfahrzeuge batterieelektrisch betreibbar, während es vor 20 Jahren noch als gesichert galt, dass sämtliche Autos irgendwann mit Brennstoffzellenantrieb fahren würden.

1900 Bild 2 Kombination Solar Wind Wasserstoff / Foto: AA+W / stock.adobe.com

Beständige Luftschlösser

Unter dem Begriff „Sektorkopplung“ werden auch heute noch Ideen allzu kritiklos diskutiert, die bei einer genauen Betrachtung schon längst durchgefallen sind. So ist beispielsweise keine Notwendigkeit zu erkennen, warum Stromspeicheranlagen zur Netzstabilisierung zugleich den Wasserstoff für Tankvorgänge von Fahrzeugen herstellen sollen. Beide Anwendungen sind in der Betriebsweise und auch wirtschaftlich verschieden einzuordnen. Die Erzeugung von Stromspeicherwasserstoff ist ein innerbetrieblicher Vorgang beim Netzbetreiber, während H2-Kraftstoff ein handelbares und der Besteuerung durch den Fiskus unterfallendes Marktprodukt ist. Auch die ebenfalls weit verbreitete Erwartung, PKW-Batterien müssten rückspeisend das Netz stabilisieren, dürfte auf enge Akzeptanzgrenzen beim Normalbürger stoßen. Die Kosten dies zu realisieren wären hoch, denn aktuelle Fahrzeuge, Wallboxen und Ladestationen können dies nicht – und wer möchte schon zu seinem Auto gehen, nur um festzustellen, dass der Akku für ein paar Cent vom Netzbetreiber geleert wurde? Wenn die Netzbetreiber durch wasserstoffbasierte Speicher- und Stabilisierungszentren Versorgungssicherheit bieten können, erübrigen sich diese Diskussionen.

Transport- und Anwendungsfragen

Die Industrie benötigt an einigen Stellen, beispielsweise in der Stahlerzeugung, so große Energiemengen, dass ihre Versorgung aus mitteleuropäischen Solar- und Windanlagen illusorisch erscheint. Ein Grund dafür liegt in der Akzeptanzkrise der Windenergie. Darüber hinaus wird Wasserstoff auch als Reduktionsmittel oder Reaktionspartner durch die Industrie in Anwendungsfällen benötigt, die mit Strom technisch nicht zu decken sind. Die Lösung für diese lange bekannten Herausforderungen soll nun der Import großer Energiemengen aus fernen Regionen sein. Schon vor 50 Jahren gab es solche Überlegungen, die zuletzt vor 15 Jahren mal wieder aufgegriffen wurden. Im Rahmen der französischen Initiative für eine Mittelmeer-Union sollte der Import von Solar- und Windstrom aus Nordafrika organisiert werden, für deren Erzeugung die „DESERTEC“-Initiative sorgen sollte (aber nicht konnte); die technologische Transport-Lösung hieß eindeutig „HGÜ“, also der Transport durch Hochspannungs-Gleichstromkabel durchs Mittelmeer. Heute scheint man den Wasserstofftransport für besser zu halten. Sicher haben Wasserstoffpipelines geringere Transportverluste als eine HGÜ, andererseits muss der Wasserstofftransport die Umwandlungsverluste bei der Elektrolyse überkompensieren, was leicht übersehen wird. Importstrom könnte hingegen einfach wie offshore-Windstrom in das europäische Stromnetz eingespeist werden – Wasserstoff müsste unter weiteren Verlusten rückverwandelt werden, sofern er nicht als Reduktionsmittel (Stahlindustrie) oder Reaktionspartner (Chemie) unmittelbar eingesetzt wird. Es ist wiederum eine Kostenfrage, ob dieser industrielle Bedarf nicht besser durch Elektrolyseure vor Ort erzeugt werden sollte. Man muss wohl auch leise fragen, ob ein klimaneutrales Europa noch ein geeigneter Standort für Stahlproduktion ist, wenn sowohl das Erz wie auch das Reduktionsmittel interkontinental herbeigeschafft werden müssen.

1900 Solarthermische Kraftwerke in Afrika / Foto: Koza1983 (CC BY 3.0)

Solarthermische Kraftwerke in Afrika werden seitens der europäischen Politik gerne als Lösung unserer Energieprobleme aus dem Hut gezaubert – oder genauer genommen als Lösung für die hiesigen Akzeptanzprobleme erneuerbarer Anlagen wie Windparks. Bisher sind sämtliche Anläufe gescheitert, derartige Lösungen außerhalb von Forschungsprojekten kommerziell erfolgreich zu realisieren. Warum dies mit Wasserstoff anders werden soll, darauf hat niemand eine Antwort.

Strom ist die Zukunft

Wie man es also dreht und wendet, es bleibt hochgradig prioritär, möglichst viel erneuerbaren Strom in Europa zu erzeugen. Aus volkswirtschaftlichen Gründen sollte der Staat auch verhindern, dass sich Batteriesysteme zur Erhöhung des Eigenverbrauchs verbreiten – und diese Fehlentwicklung schon gar nicht fördern. Das Ziel muss stets eine Netzstabilisierung und nicht eine gefühlte Autarkie sein, die in der Realität ohnehin nicht besteht. Diese dezentralen Investitionen in Kleinstspeicher und Optimierungen auf Hausebene verursachen zudem mit Sicherheit wesentlich höhere Kosten als die Integration dezentraler Stromerzeuger in das allgemeine Netz, das durch zentrale Speicherzentren effizienter und kostengünstiger stabilisiert werden kann. Es ist auch auf Dauer nicht hinzunehmen, dass Batteriebetreiber die Sicherheit einer Netzanbindung in Anspruch nehmen, ohne angemessen dafür zu bezahlen; da lassen sich die Villenbesitzer von den kleinen Mietern ohne Möglichkeit zur Eigenstromoptimierung doppelt subventionieren!

Förderung verzerrt den Markt

Auch eine weitere, mit Wasserstoff eng verbundene Strategie ist sehr kritisch zu betrachten: die sogenannten „Designer-Kraftstoffe“, auch bekannt als „Power-to-Liquid“, die unter hohen Verlusten aus erneuerbarem Strom gewonnen werden sollen. Es erscheint unter Berücksichtigung von Wandlungsverlusten und Kosten illusorisch, auf diesem Weg dem überkommenen Verbrennungsmotor künstlich eine wirtschaftliche Zukunft zu sichern. Hier ist entscheidend, dass der Staat sich nicht zu Subventionen verführen lässt, die unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten bessere Alternativen unfair verdrängen. Einzig beim Luftverkehr ist „grünes Kerosin“ möglicherweise besser als grüner Wasserstoff, wenn eine direkt-elektrische Antriebslösung ausscheidet. Bei all diesen Technologien besteht die Gefahr, dass der Staat durch „fördernde“ Maßnahmen den Wettbewerb zwischen verschiedenen, gleichermaßen CO2-freien Wegen verzerrt und die Energiewende so unnötig teuer macht. Diesen in der Vergangenheit mehrfach unterlaufenen Fehler dürfen wir nicht wiederholen. Gerade die Faszination des Wasserstoffs, dem seit Jules Verne so viele zu erliegen drohen, könnte die Politik zu weiteren Fehlimpulsen verleiten.

Preisfrage

Deutschland – und wohl auch die EU insgesamt – sind bei der Dekarbonisierung der Stromproduktion wesentlich weiter als bei der Verminderung des Energieverbrauchs; die unausgewogene Vernachlässigung der Energieeinsparung gegenüber den erneuerbaren Energien ist eine der erwähnten Fehlsteuerungen. Deshalb ist ein hoher Strompreis – für Verbraucher und gewerbliche Verbraucher gleichermaßen – und die damit verbundene Lenkungswirkung natürlich hilfreich. Gleichwohl wirft ein hoher Strompreis natürlich soziale Probleme bei niedrigen Einkommen auf. Diese Probleme lassen sich durch die Erhöhung sozialer Einkommensbestandteile lösen. Keinesfalls darf jedoch der Strompreis selbst für sozial schwache Haushalte abgesenkt werden, da sonst an dieser Stelle die Lenkungswirkung verloren ginge, so wie es jetzt bei den bisher privilegierten Großverbrauchern der Fall ist.

Klimaneutralität

Einem für erneuerbare Energien und nachhaltige Entwicklung engagierten Menschen sei schließlich noch ein zweifelnder Gedanke erlaubt: wir wissen aus einer Unzahl von Tatbeständen, dass Reinheit umso teurer wird, je höher der erreichte Reinheitsgrad ist; die letzten Prozente an Klimaneutralität werden uns 2045 extrem teuer zu stehen kommen, während gleichzeitig anderswo auf unserem Planeten vermutlich Kohle, Öl und Erdgas weiter billig gefördert und verbrannt werden. Gleichzeitig wird es an vielen Orten der Welt trotz guten Willens an dem nötigen Kapital fehlen, auch nur kleinste Schritte zur Treibhausgasreduzierung zu unternehmen. So wie der Coronaviren-Schutz erst dann perfekt ist, wenn er global realisiert wird, so ist es erst recht beim Klimaschutz der Fall. Es ist nicht moralisch, sondern unmoralischer Egoismus, enorme Ressourcen für die letzten Prozente an Klimaneutralität im eigenen Land aufzuwenden, solange anderswo billiger für Reduktion gesorgt werden kann. Bevor hierzulande extrem teure Anlagen zur CO2-Entfernung aus der Atmosphäre oder für synthetische Kraftstoffe subventioniert werden, ist weltweit nachhaltige Entwicklungshilfe zu leisten. Oder um es konkret zu benennen: Wollen wir wirklich in Ländern, die noch tief im fossilen Zeitalter stecken, Solarkraftwerke bauen, die nicht dort die Energieprobleme lösen, sondern ausschließlich uns dienen?  

1900 Buchcover Zur Geschichte der deutschen Wind-, Solar- und Kernkraftwerke

Zur Geschichte der deutschen Wind-, Solar- und Kernkraftwerke | Gerd Eisenbeiß | 14. November 2016 | 85 Seiten | ISBN: 978-3741291982 | 4,99 Euro

Wasserstoff: Joker für die Energiewende?

Aus erneuerbaren Energien sauber gewonnener Wasserstoff soll uns unabhängig machen von schmutzigem fossilem Öl, Gas und Kohle. Die neue Wasserstoffwirtschaft soll unzählige Arbeitsplätze schaffen, das vorhandene Erdgasnetz nutzen und nebenbei auch noch Energiespeicherprobleme lösen. Klingt das nicht zu schön, um wahr zu sein? Eine kritische Bestandsaufnahme.

Wasserstoff: Joker für die Energiewende?

Aus erneuerbaren Energien sauber gewonnener Wasserstoff soll uns unabhängig machen von schmutzigem fossilem Öl, Gas und Kohle. Die neue Wasserstoffwirtschaft soll unzählige Arbeitsplätze schaffen, das vorhandene Erdgasnetz nutzen und nebenbei auch noch Energiespeicherprobleme lösen. Klingt das nicht zu schön, um wahr zu sein? Eine kritische Bestandsaufnahme.
Von Louis-F. Stahl

(8. Juni 2021) Der Traum vom „grünen Wasserstoff“ basiert auf der Hypothese, im Überfluss vorhandenen Grünstrom mittels Elektrolyse CO2-frei und sauber in Wasserstoff (H2) verwandeln zu können. Noch sieht die Realität der Wasserstoffwelt aber ganz anders aus: Wasserstoff wird, mit Ausnahme einiger weniger Vorzeigeprojekte, nicht aus (nicht) im Überfluss vorhandenem erneuerbaren Strom hergestellt, sondern aus fossilem Erdgas „dampfreformiert“.

1900 GuD-Kraftwerk Nuon Magnum von Vattenfall / Foto: Vattenfall Nederland / Nuon

Vattenfall’s Wasserstoff-Aushängeschild: Das GuD-Kraftwerk Nuon Magnum in den Niederlanden kann mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden, darunter Erdgas und Flüssiggas. Der 2009 veröffentlichte Plan eine „umweltfreundliche“ Kohlevergasung zu realisieren, wurde inzwischen verworfen. Stattdessen soll ab 2023 mittels Dampfreformation aus norwegischem Erdgas gewonnener Wasserstoff zum Einsatz kommen.

Selbst Vertreter der Wasserstoffwirtschaft sprechen zurückhaltend davon, dass derzeit rund 70 Prozent des Wasserstoffs aus Erdgas gewonnen werden. Anderen Quellen zufolge dürften derzeit bis zu 90 Prozent des Wasserstoffs aus fossilen Quellen stammen. Zur Herstellung dieses „grauen Wasserstoffs“ wird Erdgas unter Hitze mittels Dampfreformation in Wasserstoff und CO2 umgewandelt. Bei der Herstellung einer Tonne Wasserstoff werden bei diesem Verfahren zehn Tonnen des Treibhausgases CO2 in die Atmosphäre entlassen.

Farbenfrohes Hütchenspiel

Theoretisch ließe sich das bei fossil hergestelltem Wasserstoff anfallende CO2 auffangen und speichern. Der in der Branche etablierten Wasserstoff-Farbenlehre zu Folge, dürfte sich der graue Wasserstoff dann „blauer Wasserstoff“ nennen. Dies ist jedoch exorbitant teuer und würde ein neues Endlagerproblem mit Verlagerung unserer heutigen Probleme auf zukünftige Generationen aufwerfen. Wird mittels Methanpyrolyse Wasserstoff gewonnen, und das CO2 leicht lagerbar als fester Kohlenstoff abgeschieden, soll er statt blau sogar „türkis“ genannt werden. Die Wasserstoff-Farbpalette kennt darüber hinaus keine Grenzen: Die Solar- wie auch die Atomenergiebranche beanspruchen beispielsweise gemäß ihrer CO2-freien Energie-Zulieferung den Begriff des „gelben Wasserstoffs“ für sich. Denkt man die Idee der Farbenlehre mit offenem Geist weiter, so könnte aus dem herkömmlichen Strommix auch „bunter Wasserstoff“ entstehen. Wobei eine Vermischung von Farben, insbesondere wenn Kohlestrom enthalten ist, ehrlicherweise immer in einem „braunen Wasserstoff“ enden müsste...

1900 Hybridkraftwerk Prenzlau von Enertrag / Foto: Enertrag/Silke Reents

Dass Wasserstoff aus Windstromelektrolyse technisch längst funktioniert, beweist seit zehn Jahren das „Hybridkraftwerk Prenzlau“ von Enertrag mit einem 500-kW-Elektrolyseur, einer Tonne Wasserstoff-Speicherkapazität und zwei Blockheizkraftwerken zur Stromerzeugung aus dem gespeicherten Wasserstoff.

Grün, grün, grün sind alle meine Kleider

Unsere beste – und im Sinne der Energiewende einzige – Option ist im Ergebnis „grüner Wasserstoff“, der sich aus erneuerbar erzeugtem Strom mittels Elektrolyse CO2-frei und umweltfreundlich aus bloßem Wasser erzeugen lässt. Technisch möglich ist dieses Verfahren seit Jahrzehnten. In einer kapitalistischen Wirtschaftswelt stellt jedoch immer eine alles entscheidende Frage: Lohnt sich das? Die Antwort auf diese Frage war bisher: Nein!

Wirkungsgrade entscheiden

Jede Energieumwandlung führt zwangsläufig zu Verlusten an Nutzenergie. Im Fall der Wasserelektrolyse können etwa 60 bis 80 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in nutzbaren Wasserstoff umgewandelt werden. Im Umkehrschluss gehen 20 bis 40 Prozent der elektrischen Energie in Form von Abwärme verloren. Wird der Wasserstoff zum Transport auf 700 bar verdichtet, beträgt der Wirkungsgrad dieses Prozesses wiederum etwa 85 Prozent – erneut gehen folglich rund 15 Prozent der verbliebenen Nutzenergie verloren. Wird dieser Wasserstoff schließlich in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt, gehen wiederum 40 bis 60 Prozent der im Wasserstoff vorhandenen Energie als Abwärme verloren. Bei stationären Brennstoffzellen zur Gebäudeenergieversorgung lässt sich diese „Abwärme“ im Gegensatz zu mobilen Anwendungen immerhin als wertvolle Heizenergie zur Wohnraumbeheizung und Warmwasserbereitung sinnvoll nutzen.

Es zeigt sich jedoch bei dieser Betrachtung, dass bei einer Wasserstoffwandlung realistischerweise 60 bis 80 Prozent der hochwertigen elektrischen Energie durch Verluste auf Nimmerwiedersehen verloren gehen – nicht nur bei grünem Wasserstoff aus Überschussstrom, sondern auch beim heute gängigen grauen Wasserstoff aus Erdgas. Diese Verluste muss man sich leisten können – und leisten wollen. Hätten wir grünen Strom zu niedrigsten Preisen im Überfluss, wäre Wasserstoff eingespeist in das Erdgasnetz und gespeichert in Kavernen eine veritable Option als Langzeitspeicher. Betrachtet man jedoch eine lokale Kurzzeitspeicherung, hat Wasserstoff gegen marktgängige Batteriespeicher mit bis zu 95 Prozent Wirkungsgrad keine Chance.

Mär vom Überschussstrom

Eine der wirtschaftlich entscheidenden Fragen beim Traum vom grünen Wasserstoff im Überfluss ist, ob sich die Elektrolyseanlagen rechnen – denn sonst werden diese nicht gebaut. Voraussetzung für günstigen Wasserstoff ist günstiger Grünstrom – und zwar in großen Mengen. Aber wir haben doch „Überschussstrommengen“, die sich kostenfrei nutzen lassen, mag man sich nun sagen. Überschussstrommengen sind Strommengen, die zwar erzeugt werden könnten, aber aufgrund von Engpässen im Netz nicht abtransportiert werden können und daher ungenutzt „abgeregelt“ werden müssen. Dies geschieht jedoch deutlich seltener, als es die allgegenwärtige Diskussion über diese Strommengen vermuten lässt.

Selbst im windreichen Schleswig-Holstein wurden laut Zahlen der Landesregierung für das Jahr 2018 nur 3 Prozent der Windstrommenge wegen Netzüberlastung zwangsweise abgeregelt. Betrachtet man die Bundesebene, so zeigen die jüngsten Daten der Bundesnetzagentur für das Jahr, dass der Wert mit 2,97 Prozent vergleichbar ist. Allerdings wären diese Strommengen keineswegs kostenlos zu haben, denn die örtlichen Stadtwerke und Wärmenetzbetreiber würden sie gerne vor Ort zur Wärmeerzeugung in günstigen Elektrodenkesseln oder effizienten Großwärmepumpen nutzen und dafür einen Marktpreis bezahlen. Sie tun es nur deshalb nicht, weil der Überschussstrom mit Abgaben und Steuern künstlich derart hoch belastet ist, dass er Stand heute teurer als Erdgas und Kohle ist. Nur deshalb wird er nicht genutzt und das Windrad zwangsweise abgeschaltet.

Welches Wirtschaftsunternehmen würde aber eine millionenschwere Elektrolyseanlage in einen Windpark bauen, die von den 8.760 Stunden eines Jahres nur knapp 250 Stunden Überschussstrom zur Verfügung hat und zu diesen kurzen Betriebszeiten auch noch Geld für den Strom zahlen müsste? Welchen Preis müsste dieser Wasserstoff aus Überschussstrom haben, damit sich solche Stillstandsanlagen für die Investoren bezahlt machen? Und wer soll den daraus entstehenden Wasserstoffpreis am Ende bezahlen? Auf diese Fragen gibt es bis heute nur eine Antwort: Wasserstoff wird kostengünstig mittels Dampfreformation aus fossilem Erdgas gewonnen – auf Kosten hoher CO2-Freisetzung in die Atmosphäre und unvereinbar mit dem Gedanken der Energiewende.

Milliarden vom Steuerzahler

Obwohl diese Punkte unter Experten hinlänglich bekannt sind, gibt die Bundesregierung seit dem Sommer 2020 in Sachen Wasserstoffwirtschaft Vollgas. Im Juni 2020 wurde vom Bundeswirtschaftsministerium eine ambitionierte „Nationale Wasserstoffstrategie“ vorgestellt, kurz darauf stellte der Bundestag im Rahmen des zur Bewältigung der Corona-Krise beschlossenen „Konjunktur- und Krisenbewältigungspaketes“ 9 Milliarden Euro für deren Realisierung bereit.

Die Bundesregierung will mit diesem gigantischen Förderprogramm einen „Markthochlauf von Wasserstofftechnologien in Deutschland“ anstoßen. Koordiniert wird die Milliardenförderung mit der Gießkanne durch einen mit den StaatssekretärInnen von fünf Bundesministerien besetzten „Staatssekretärsausschuss“, der wiederum von einem „Nationalen Wasserstoffrat“ aus WissenschaftlerInnen, BeamtInnen und VertreterInnen der Bundesländer beraten wird. Daneben soll eine „Leitstelle Wasserstoff“ eingerichtet werden, die jährlich einen Monitoringbericht über die Mittelverwendung erstellen soll.

Interessant ist neben dem ausgeklügelten Bürokratieapparat auch ein Blick auf die 38 konkreten Vorhaben der Wasserstoffstrategie. Direkt der zweite Punkt ist die Schaffung von „Möglichkeiten für neue Geschäfts- und Kooperationsmodelle von Betreibern von Elektrolyseuren mit Strom- und Gasnetzbetreibern“, wobei „der Änderungsbedarf des regulatorischen Rahmens zur Schaffung der dafür notwendigen Voraussetzungen entsprechend geprüft wird.“ An dieser Stelle wird klar, was hinter der Wasserstoffstrategie der Bundesregierung steht: Die Sicherung zukünftiger Renditen von Strom- und Gasnetzbetreibern. Aber damit nicht genug: Durch den Abbau von „regulatorischen Hemmnissen“ soll insbesondere „die Industrie unterstützt“ werden, um „Wasserstofftechnologien zu einem zentralen Geschäftsfeld der deutschen Exportwirtschaft [zu] entwickeln.“

Kritische Stimmen

Dass die geringe Energie- und Kosteneffizienz der Wasserstofftechnik ein nicht zu überwindendes Hemmnis für die wohlklingenden Pläne sein könnte, findet in dem Strategiepapier keine Erwähnung. Macht man sich jedoch mit dem Gedanken vertraut, dass die Wasserstoffstrategie überhaupt nicht der Energiewende dienen soll, sondern der Rettung von in Schieflage geratenen Industrie- und Energiekonzernen verpackt in ein vorgebliches Energiewendeprojekt, ergibt plötzlich alles einen Sinn.

Aber damit nicht genug. Dr. Hartmut Euler, Ministerialdirigent im Ruhestand und ehemaliger Leiter der Energieabteilung im Wirtschaftsministerium von Schleswig-Holstein, hat sich bereits überlegt, was die Folge der aktuellen Wasserstoffstrategie sein wird: „Wasserstoff aus Strom per Elektrolyseur zu erzeugen ist Energieverschwendung und führt uns letztendlich zurück zu Atom- sowie Kohlekraft und behindert alle Bemühungen zum Klimaschutz.“ Denn sind die Anlagen auf Kosten des Steuerzahlers gebaut, werden die wirtschaftlich denkenden Betreiber zusehen, dass ihre teuren Anlagen auch ausgelastet werden – im Zweifel mit günstigem Atom- und Kohlestrom aus dem europäischen Verbundnetz. Den dafür nötigen Netzausbau zahlen bereits die Energieverbraucher (siehe „Netzausbau im Überfluss“).

Erkenntnisse der Autoindustrie

Wie der Traum vom Allheilmittel Wasserstoff an den Gesetzen der Physik scheitern kann, lässt sich am Beispiel der deutschen Autoindustrie betrachten. Sie investierte in den 1990er-Jahren massiv in eine Wasserstoffzukunft, konstruierte Prototyp um Prototyp und präsentierte diese auf den Fahrzeugmessen. Bis heute ist kein Brennstoffzellenfahrzeug aus deutscher Produktion käuflich zu erwerben. Erhältlich sind zwei japanische Fahrzeuge, beide kosten über 75.000 Euro. Fahrzeuge wie der Mercedes „GLC FCell“ sind nur als Langzeit-Mietwagen oder im Rahmen von Erprobungsvereinbarungen bei Firmenkunden unterwegs. Nach der Statistik des Kraftfahrt-Bundesamtes wurden im Jahr 2019 nur rund 220 Brennstoffzellenfahrzeuge neu zugelassen – gegenüber gut 108.000 Elektro- und Plugin-Pkws.

Selbst der damalige Volkswagen-Entwicklungschef Frank Welsch konstatierte, dass es aus Effizienzgründen auf absehbare Zeit keine Brennstoffzellenfahrzeuge aus seinem Hause geben werde. Hierzu rechnete der Ingenieur trocken vor: Mit 100 kWh Strom komme ein batterieelektrisches Fahrzeug 500 Kilometer weit. Einem Brennstoffzellenfahrzeug gehe die gleiche Menge Energie nach nur 200 Kilometer aus. „Wenn wir die Mobilitätswende und die Umweltziele ernst nehmen, müssen wir uns daher auf den batterieelektrischen Antrieb konzentrieren“, so Welsch. Im wirtschaftlich und effizient denkenden Automobilbereich hat sich der Wasserstoffhype bereits verflüchtigt.

„Hype-Zyklus“

Die Gartner-Finanzanalystin Jackie Fenn hat mit dem sogenannten „Hype-Zyklus“ beschrieben, wie Wirtschaft und Gesellschaft typischerweise auf neue technologische Möglichkeiten reagieren: Auf den innovativen „technologischen Auslöser“ folgt ein rasanter Anstieg des öffentlichen Interesses, der steigt und steigt und schließlich in einem „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ mündet. Es folgt ein „Tal der Enttäuschung“ und erst nach dieser geplatzten Hype-Blase folgt ein „Pfad der Erleuchtung“, der in einem realistischen „Plateau der Produktivität“ mündet.

1900 Diagramm Hype-Zyklus / Grafik: Idotter (CC BY-SA 3.0)

Der „Hype-Zyklus“ beschreibt die Aufnahme neuer Technologien durch die öffentliche Wahrnehmung. Die Wasserstoffenergiewirtschaft dürfte derzeit auf dem Weg zum „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ sein.

Ein Beispiel ist der Bitcoin-Hype. Die dahinterstehende Blockchain-Technologie hat im Bereich von Kryptowährungen und Smart-Contracts sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten erschlossen. Aber sie eignet sich nicht, wie am Gipfel der überzogenen Erwartungen postuliert, für Stromabrechnungen, Zählerstandsübermittlungen oder das Bezahlen kleiner Summen im Alltag.

Im Mobilitätssektor hat die Wasserstofftechnik den „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ längst überschritten und das „Plateau der Produktivität“ erreicht. Heute wird Wasserstoff dort als veritable Nischentechnologie angesehen, die nur in geeigneten Sonderfällen eingesetzt werden kann. Wasserstoff-Lkws zur Belieferung auf längeren Routen in der Schweiz oder Wasserstoffzüge auf nicht elektrifizierten Bahnstrecken im windreichen Niedersachsen sind gute Beispiele.

Im Energiesektor scheint der „Gipfel der überzogenen Erwartungen“ für Wasserstoff noch längst nicht in Sicht zu sein. Angesichts der bekannten Effizienzprobleme der Wasserstoff-Energiewirtschaft dürften die mit der Gießkanne großzügig zu verteilenden 9 Milliarden Euro Steuergeld sinnlos in den Kassen angeschlagener Energie- und Industriekonzerne versickern.

Nebelkerze gegen die Energiewende

In Erwartung des Allheilmittels „grüner Wasserstoff“ wird nun abermals massiv in fossile Strukturen investiert. Sobald die Wasserstoffblase in einigen Jahren platzt, wird der Sturz ins „Tal der Enttäuschung“ mit Insolvenzen und vernichteten Arbeitsplätzen umso härter ausfallen. Dabei gäbe es mit Solarenergie, Windkraft, Wasserkraft, Biomasse, Pumpspeichern, Druckluftspeichern und der Batterietechnologie solide, erprobte sowie zuverlässige und nachhaltige Technologien mit Zukunft, denen öffentliches Geld sicher nicht schaden würde.

1900 Der Zug Coradia iLint von Alstom / Foto: Alstom

Sinnvolle Wasserstoffanwendung: Der Coradia iLint von Alstom ist der erste Zug mit Brennstoffzellen-Antrieb zum Einsatz auf Strecken mit fehlender Oberleitung.

Doch den Regenerativen wurde und wird hierzulande gerne von der Politik der Stecker gezogen. 2012 beschloss die damalige CDU/CSU/FDP-Koalition ohne Vorwarnung von heute auf morgen eine radikale Kürzung der PV-Vergütungssätze. Der PV-Zubau brach schlagartig um 70 Prozent ein, die deutsche Solarindustrie ging zu Grunde, Zehntausende wurden arbeitslos, alle großen deutschen Solarfabriken und viele Installationsunternehmen im Handwerk mussten schließen. Unsere PV-Module kommen seither nahezu ausschließlich aus Fernost.

Bei der Windkraft vollzieht sich aktuell das gleiche Drama: Der Zubau ist von rund 6.500 MW im Jahr 2017 auf nur noch knapp 2.000 MW im Jahr 2019 eingebrochen. Vorläufige Schätzungen für den Windzubau im vergangenen Jahr 2020 sehen mit rund 1.600 MW noch düsterer aus. Grund sind die vom Gesetzgeber immer wieder verschlechterten Rahmenbedingungen. Nach über 80.000 verlorenen Arbeitsplätzen in der Solarindustrie steht uns jetzt ein Exodus der Windkraftbranche bevor, der nach Schätzungen der Gewerkschaften bis zu 140.000 Beschäftigten den Job kosten könnte.

Milliardeninvestitionen in eine künstliche Wasserstoffblase und der medial gern verbreitete Traum vom magischen Allheilmittel können zwar von diesen eklatanten Fehlentwicklungen und den Hemmnissen beim Ausbau erneuerbarer Erzeugungsanlagen ablenken, nur die Energiewende werden sie gewiss nicht voranbringen.

Wasserstoff im Heizungskeller

Das Berliner Startup HPS Home Power Solutions hat mit dem 60.000 bis 90.000 Euro teuren Energiesystem „picea“ die Wasserstoffwirtschaft für den Heizungskeller miniaturisiert. Es beweist, dass eine autarke Stromversorgung von Wohngebäuden mit Solarenergie mittels Wasserstoffspeicherung möglich ist. Das System wird mit PV-Strom gespeist, besitzt einen Elektrolyseur, einen großen Wasserstoff-Saisonspeicher, eine Brennstoffzelle, die Strom und etwas Wärme erzeugt, sowie eine Batterie zur Abfederung von kurzzeitigen Lastspitzen.

1900 Wasserstoff-Heizung picea / Foto: HPS Home Power Solutions

Für die Heizwärmebereitstellung im Winter ist das System auf ein zusätzliches konventionelles Heizsystem angewiesen. Angesichts des Preises und der Notwendigkeit einer zusätzlichen Heizung stellt sich jedoch zwangsläufig die Frage der Wirtschaftlichkeit und des Gesamtnutzens. Die Stromspeichereffizienz beziffert der Hersteller mit rund 40 Prozent. Da die Abwärme aus allen Wandlungsprozessen genutzt wird, soll der Gesamtnutzungsgrad mehr als 85 Prozent betragen.

Corona-Konjunkturpaket

Milliarden für Wasserstoff

Corona-Konjunkturpaket: Milliarden für Wasserstoff

Von Louis-F. Stahl

(9. August 2020) In Sachen Wasserstoff gibt die Bundesregierung jetzt Vollgas: Am 10. Juni wurde durch das Bundeswirtschaftsministerium die am gleichen Tag vom Bundeskabinett beschlossene „Nationale Wasserstoffstrategie“ vorgestellt. Nur knapp drei Wochen später wurde am 29. Juni 2020 vom Bundestag das „Konjunktur- und Krisenbewältigungspaket“, beschlossen, welches unter anderem 9 Milliarden Euro für Wasserstoffprojekte bereitstellt.

Die Bundesregierung erhofft sich damit, nachdem die Solarindustrie aus Deutschland vertrieben wurde, die Windbranche im Sterben liegt und sich in Deutschland auch keine Batteriefertigung etablieren konnte, nun einen „Markthochlauf von Wasserstofftechnologien in Deutschland“. 

1900 Hydrogen Wasserstoff Bus / Foto: Oleksandr / stock.adobe.com

Koordiniert werden soll die Strategie durch einen mit den Staatssekretären von fünf Bundesministerien besetzten „Staatssekretärsausschuss“, der von einem „Nationalen Wasserstoffrat“ bestehend aus Wissenschaftlern, Beamten und Vertretern der Bundesländer beraten wird. Daneben wird eine „Leitstelle Wasserstoff“ eingerichtet, die jährlich einen Monitoringbericht erstellen soll.

Die „Nationale Wasserstoffstrategie“ listet 38 konkrete Vorhaben auf. Dazu zählen fragwürdige Punkte wie die Schaffung von „Möglichkeiten für neue Geschäfts- und Kooperationsmodelle von Betreibern von Elektrolyseuren mit Strom- und Gasnetzbetreibern. […] Der Änderungsbedarf des regulatorischen Rahmens zur Schaffung der dafür notwendigen Voraussetzungen wird entsprechend geprüft.“ Neben der zukünftigen Sicherung der bereits heute mehr als auskömmlichen Renditen von Netzbetreibern (siehe „Sprudelnde Gewinne“) und dem Abbau von „regulatorischen Hemmnissen“ soll insbesondere auch die „Industrie unterstützt“ werden, um „Wasserstofftechnologien zu einem zentralen Geschäftsfeld der deutschen Exportwirtschaft [zu] entwickeln.“

Inwieweit die sehr geringe Energie- und Kosteneffizienz der Wasserstofftechnik im Bereich der Elektrolyse aus grünem Strom sowie im Mobilitätssektor als physikalisches Hemmnis den wohlklingenden Plänen der Regierung im Wege steht (siehe „Wasserstoffmobilität als Königsweg?“), darauf gibt das Strategiepapier keine Antwort. Für die deutschen Automobilhersteller, die inzwischen auf die effizientere Batterietechnik setzen, ist der Wasserstoffzug wohl bereits abgefahren (siehe ED 2/2020 S. 5) in diesem Heft). Für die angeschlagenen deutschen Energiekonzerne könnten sich die 9 Milliarden Euro der Wasserstoffstrategie jedoch als rettende Einnahmequelle erweisen.

letzte Änderung: 20.03.2024