Projekt

Inzwischen können weltweit über 30 nationale Wasserstoff-Roadmaps mit unterschiedlichen Antreibern und Motivationen und die Ankündigung von öffentlichen Mitteln von über 70 Mrd. $ und privaten Mitteln von mehreren 100 Mrd. $ für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft summiert werden (Hydrogen Council, 2021). Durch diese hohen Investitionen in Wasserstofftechnologie mit Wasserstofferzeugung und dessen Derivaten (vornehmlich im Nahen Osten und Australien) und in den Ausbau erneuerbarer Energien im Allgemeinen wird erwartet, dass bereits in den 20er Jahren Skaleneffekte erreicht werden, die fossile Lösungen in einigen Sektoren bzw. Regionen aus dem Markt drängen können, wenn die Rahmenbedingungen entsprechend gesetzt werden. Bedingt wird dieser Wandel durch enorm niedrige Stromgestehungskosten zwischen 1 USD-ct/kWh (Photovoltaik) und 2 USD-ct/kWh (Wind) in Ländern mit sehr günstigen klimatischen Voraussetzungen (Matthes C. et al., 2020). An geeigneten Standorten, mit einer hinreichenden Anzahl an Volllaststunden, sind bis 2030 Wasserstoffgestehungskosten von rund 1,50 bis 2,3 USD/kg ^[1] Angabe beschreibt die Gestehungskosten vor Ort. Hinzu kommen fallspezifische Transportkosten. Etwa 0,5 USD/kg werden für ein realistisches Szenario mit Transport per Pipeline aus Algerien nach Deutschland angenommen. Quelle: Hydrogen Council (2021)(1) realistisch möglich (Hydrogen Council, 2021; Matthes C. et al., 2020). Branchenstudien sehen Wasserstofftechnologien als eine der wichtigsten Post-COVID Technologien zur Wiederbelebung der Weltwirtschaft (Hydrogen Council, 2021). Durch die Vorgaben des Pariser Übereinkommens COP21 und daraus abgeleiteten nationalen Treibhausgasminderungszielen ist der Defossilisierungsdruck in der Industrie (insbesondere Stahlerzeugung, Grundstoffchemie und Raffinerien) sowie im Verkehr (Luftfahrt, Schifffahrt, Schwerlast- und Individualverkehr) gleichermaßen hoch. Einige Stakeholder erwarten deshalb eine starke Zunahme von Wasserstoff und (darauf basierenden) Syntheseprodukten. Genauere Einschätzungen zu den voraussichtlichen zeitnahen (2030), mittelfristigen (2040) und langfristigen (2050) Wasserstoff- und Syntheseproduktbedarfen in Deutschland werden in einer Vielzahl an Studien vorgenommen. Sie liegen jedoch weit auseinander hinsichtlich Höhe und künftiger Anwendungsbereiche.

Ein Fraunhofer-Konsortium bestehend aus dem Institut für System- und Innovationsforschung ISI, dem Institut für Solare Energiesysteme ISE, und der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastruktur und Geothermie IEG hat, von der Leitstelle NOW koordiniert, die „Metastudie Wasserstoff“ für den Nationalen Wasserstoffrat erstellt.

^[1] Angabe beschreibt die Gestehungskosten vor Ort. Hinzu kommen fallspezifische Transportkosten. Etwa 0,5 USD/kg werden für ein realistisches Szenario mit Transport per Pipeline aus Algerien nach Deutschland angenommen. Quelle: Hydrogen Council (2021)   

Die Ergebnisse, die sich aus der Auswertung der aktuellen Systemstudien mit Fokus auf die Nachfrage nach Wasserstoff und wasserstoffbasierten Energieträgern ergeben haben, werden kurz im Folgenden zusammengefasst.

Erste relevante Nachfragemengen für Deutschland ab 2030

Die heutige Wasserstoffproduktion in Deutschland liegt bei 57 Terrawattstunden (TWh) pro Jahr. Diese Menge wird fast vollständig mit fossilen Energieträgern hergestellt. Ab 2030 zeigt die Untersuchung erste relevante Nachfragemengen nach grünem Wasserstoff und Derivaten von bis zu 80 TWh. Für das Jahr 2050 steigt die Bandbreite des Bedarfs an Wasserstoff und wasserstoffbasierten Syntheseprodukten dann in den meisten Studien auf 400 bis knapp 800 TWh an.

Um den potenziellen Wasserstoffbedarf in 2040 und 2050 zu decken, wird der Import immer wichtiger werden. Dabei liegt der Importanteil an wasserstoffbasierten Syntheseprodukten in allen Studien höher als der Importanteil an reinem Wasserstoff.

Mögliche hohe Bedarfe im Industrie- und Verkehrssektor

Den größten Bedarf an Wasserstoff und wasserstoffbasierten Syntheseprodukten erkennt die Studie im Industriesektor. Im Jahr 2050 werden hier bis zu 500 TWh benötigt. Die größten Abnehmer sind die Eisen- und Stahlindustrie sowie die chemische Industrie.
Einen großen Bedarf sehen die Studien auch im Verkehrssektor. Er benötigt im Jahr 2050 zwischen 150 und 300 TWh. Im Fokus steht dabei insbesondere der internationale Flug- und Schiffsverkehr mit einem Bedarf von 140 bis 200 TWh. Im straßengebundenen Verkehr sehen neuere Studien das größte Potenzial im Schwerlastverkehr.

Weitere Abnehmer sieht die Metastudie im Gebäudesektor (bis zu 200 TWh bis zum Jahr 2050) und im Umwandlungssektor zur Strom- und Wärmeerzeugung (zwischen 50 und 150 TWh bis zum Jahr 2050). Zur zukünftigen Rolle von Raffinerien weisen die meisten Studien noch Lücken auf. Die Metastudie empfiehlt deshalb, diesen Aspekt noch einmal näher zu untersuchen.

Entwicklung der Wasserstoffnachfrage hängt von vielen Faktoren ab

Die Entwicklung der Nachfrage nach Wasserstoff und wasserstoffbasierten Syntheseprodukten hängt nach der Metastudie von vielen Faktoren ab. Nur wenige Studien sehen eine große Relevanz von „Carbon Capture and Storage“, der Abscheidung und Speicherung Kohlendioxid. Sollte sich diese Technologie aber in stärkerem Maße durchsetzen, würde die zukünftige Nachfrage nach Wasserstoff und Derivaten sinken, da mehr prozessbedingte Restemissionen zugelassen werden können.

Auch Annahmen zur Menge an verfügbarer und nachhaltiger Biomasse sind von Bedeutung. Biomasse tritt in relevanten Nachfragebereichen in Konkurrenz zu Wasserstoff und wasserstoffbasierten Syntheseprodukten. Um die Marktdurchdringung von Wasserstoff und Derivaten zu beschleunigen, müssen technologische Entwicklungen und Kostensenkungspotenziale bei Elektrolyseuren, Transporttechnologien oder der Luftabscheidung von CO2 weiter vorangetrieben werden.

Die betrachteten Studien haben eine stark techno-ökonomische Energiesystemperspektive und lassen Aspekte wie Arbeitsplatzeffekte oder den Einfluss von Politikmaßnahmen außen vor. Die Aussagen basieren vorwiegend auf Szenarien, die mögliche techno-ökonomische Entwicklungen unter verschiedenen Annahmen und Unsicherheiten, wie etwa zukünftige Energiebedarfe oder Preisannahmen abbilden.

• Wietschel, M.; Zheng, L.; Arens, M.; Hebling, C.; Ranzmeyer, O.; Schaadt, A.; Hank, C.; Sternberg, A.; Herkel, S.; Kost, C.; Ragwitz, M.; Herrmann, U.; Pfluger, B. (2021): Metastudie Wasserstoff – Auswertung von Energiesystemstudien. Studie im Auftrag des Nationalen Wasserstoffrats. Karlsruhe, Freiburg, Cottbus: Fraunhofer ISI, Fraunhofer ISE, Fraunhofer IEG (Hrsg.).

März bis Mai 2021

• Nationale Wasserstoffrat
  

• Institut für Solare Energiesysteme ISE
• Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastruktur und Geothermie IEG