Dr. Thomas Kattenstein: Wasserstofftechnologie und Aufbau der Wasserstoffwirtschaft

Dr. Thomas Kattenstein ist Leiter Netzwerk, Brennstoffzelle und Wasserstoff, Elektromobilität der EnergieAgentur.NRW. Mit ihm sprechen wir im Interview über Wasserstofftechnologie, Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft sowie klimafreundliche Energienutzung.

Welche Vorteile und Nachteile sehen in der Verwendung der Wasserstofftechnologie im Zusammenhang mit der Klimaneutralität und der Wirtschaftlichkeit?

Thomas Kattenstein: Wasserstoff aus erneuerbarem Strom ist ein essenzielles Mittel, um die folgenden Dekarbonisierungs-Ziele der Bundesregierung zu erreichen:

Energiewirtschaft: 61-62 %

Industrie 49-51 %

Gebäude: 66-67 %

Verkehr 40-42 %

*CO2-Minderung im Jahr 2030 in Prozent gegenüber 1990

Unabdingbar hierbei sind:

•          Breiter Ausbau der erneuerbaren Energien

•          Großskaliger Einsatz der Elektrolysetechnologie zur Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energien (Power-to-X)

Er ist daher ein wichtiger Teil der Lösung zur Verwirklichung des Ziels der Klimaneutralität bis 2050, das mit dem europäischen Grünen Deal gesetzt wurde.

Weitere Vorteile:

Große industriepolitische Chance für D

Hohe Arbeitsplatzperspektiven

Großes Potenzial für Stahl-/ Chemie-/Maschinenbau-Branche

Nachteile:

(Aktuell noch) hohe Produktionskosten im vgl. zu anderen Energieträgern

Hoher Energieaufwand beim Elektrolyseverfahren

In Brennstoffzellen als Katalysator eingesetztes Platin ist sehr teuer (weiter steigende Rohstoffpreise)

Notwendige Investitionen in Technologien (Speicherung, Infrastruktur)

In den USA und China wird der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft konsequent vorangetrieben. Wie kommt es, dass Europa sich damit bislang so viel Zeit gelassen hat?

Thomas Kattenstein: Für eine funktionierende Wasserstoffwirtschaft sind verlässliche politische Rahmenbedingungen notwendig. Eine EU-weite gemeinsame Strategie ist aufgrund der unterschiedlichen Umsetzungen in den jeweiligen Ländern kompliziert. Zur Umsetzung in Deutschland hat die Bundesregierung dafür die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) verkündet. Um einen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft anzutreiben werden in der NWS diverse Fördermittel aufgelistet. Die USA sind mit ca. 12-16% der Erzeugung nach China der weltgrößte Produzent und Verbraucher von Wasserstoff. Mehr als die Hälfte der weltweiten Wasserstoffpipelines liegen in den USA. Allerdings ist der Wasserstoff bislang fast ausschließlich grau. Dank umfangreichen und kostengünstigen Solar- und Windenergieressourcen und vor allem freie Landfläche dürfte sich die Erzeugung von grünen Wasserstoff -mit politischer Unterstützung- schnell entwickeln. Europa ist insgesamt nicht schlecht beim Thema Wasserstoff aufgestellt. Die EU-Kommission hat noch vor der Bundesregierung eine ambitionierte europäische Wasserstoffstrategie vorgestellt. Fördermaßnahmen zur Einführung des Wasserstoffs werden seit ca. 15 Jahren in signifikanter Höhe durchgeführt. Hierbei geht es bspw. um die Einführung von Wasserstoffbussen oder um Brennstoffzellen für die Kraft-Wärme-Kopplung. Insbesondere beim Thema Elektrolyse sind europäische Hersteller in der Weltspitze anzutreffen.

Die Wasserstoff-Technologie gilt als „die“ klimafreundliche Energienutzung. Wie kommt es, dass sich die Technologie in der Automobilindustrie nicht durchsetzen konnte, sondern die Nutzung von Batterien sich durchgesetzt hat?

Thomas Kattenstein: Fahrzeugangebot, Kosten, Effizienz, Tankstelleninfrastruktur.

Der Hauptpunkt der Kritiker ist der niedrige Wirkungsgrad für die Bereitstellung von Wasserstoff (Erzeugung, Lagerung, Transport, Betankung), wodurch ein hoher Energieaufwand notwendig ist. Beim Laden von Elektroautos ergeben sich somit unstrittig weniger Energieverluste. Für Fahrzeuge mit höherem Reichweiten- bzw. schnellem Nachbetankungsbedarf (also auch Pkw) sowie größeren Nutzlasten (Busse, Lkw, Züge, Schiffe etc.) sind Brennstoffzellen-Antriebe durchaus Teil der Lösung.

Welche Vor- und Nachteile sehen Sie in der Nutzung eines Wasserstoffantriebs?

Thomas Kattenstein:

Vorteile:

•          Schnelles Tanken („Aufladen“ in weniger als fünf Minuten – gleiche Flexibilität wie konventionelle Autos)

•          Hohe Reichweiten (fast ähnlich zu Verbrennern)

•          Grüner Wasserstoff ist möglich

•          Keine Emissionen bei Einsatz von grünem Wasserstoff

•          Einsatz in Gebieten ohne Stromversorgung

•          Kein Lärm

•          Wasserstoff wird als Speicher von Stromangebot und Stromnachfrage auch in DE in großem Umfang gebraucht werden

•          Wasserstoff lässt sich im Vergleich zu Strom gut transportieren bzw. importieren

Nachteile:

•          Wasserstoffkette verursacht Energieverluste (aber nur dann, wenn tatsächlich eine direkte Stromnutzung auch möglich ist)

Vielfach kritisiert wird die große Menge an Strom, die für die Gewinnung von Wasserstoff notwendig ist. Es gibt zwar alternative Möglichkeiten zur „grünen“ Stromgewinnung. Doch inwieweit steht diese für die Wasserstoffgewinnung zur Verfügung?

Thomas Kattenstein: Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommen soll. Aktuell werden in Deutschland 55-60 TWh Wasserstoff hergestellt und verbraucht, davon 95% grauer Wasserstoff aus fossilem Erdgas. Grüne Quellen müssen in den nächsten Jahren schnell ausgebaut werden. Voraussetzung ist ein signifikanter Ausbau von Wind- und PV-Anlagen.

Resultierende Wasserstoffnachfrage in den nächsten Jahrzehnten:

Heutige H2-Produktion         57 TWh/a (Fossil)

Bedarf ab 2030                       80 TWh/a (Grün)

Bedarf ab 2040                       100-300 TWh/a (Grün)

Bedarf ab 2050                       400-800 TWh/a (Grün)

Quelle: Fraunhofer IEG/ISE/ISI, Metastudie Wasserstoff – Auswertung von Energiesystemstudien

•          Grüner Wasserstoff kann in der benötigten Menge nicht allein auf Basis einheimischer EE-Mengen bereitgestellt werden. Importe werde zukünftig einen signifikanten Anteil ausmachen.

Im Jahr 2030 je nach Studie 43-70 %, im Jahr 2040 über 50 %, in 2050 dann zwischen 53-80 %.

•          Benötigte Technologien für den Wasserstoffeinsatz:

Verkehr – Brennstoffzellenantriebe/Wasserstoffspeicher bzw. -tankstellen

Stahlindustrie – Direktreduktionsverfahren

(Petro-) Chemie – Ersatz von grauem Wasserstoff und perspektivisch Erdgas (gilt für generellen Erdgaseinsatz)

Das EU-Parlament fordert den schrittweisen, aber schnellen Ausstieg aus fossilem Wasserstoff. Dafür muss auf andere klimafreundliche Stromgewinnungsmöglichkeiten zugegriffen werden. Wie schnell und in welchem Umfang schätzen Sie, wird dies möglich sein?

Thomas Kattenstein: Treibhausgasneutralität bis 2045 oder 2050 bedeutet, dass bis dahin ein vollständiges Ökosystem Wasserstoff aufgebaut sein muss. Wasserstoff ist Teil der Lösung, aber nicht die alleinige Lösung. Grundvoraussetzung ist, dass erneuerbare Energien signifikant ausgebaut und effizient eingesetzt werden. Elektrische Verbraucher werden hierbei eine große Rolle spielen (E-Mobilität, Wärmepumpen etc.), grüner Wasserstoff aus erneuerbarem Strom wird als Speicher, Kraftstoff/Brennstoff und für Chemiegrundstoff zusätzlich gebraucht. Bis 2025 müssen erste Schritte auf dem Wasserstoffpfad zurückgelegt sein (Produktion per Elektrolyse im GW-Bereich, H2-Transportnetze, größere Brennstoffzellen-Fahrzeugflotten, erster Einsatz in der Industrie z.B. Stahlproduktion), bis 2030 muss Wasserstoff in sichtbarem Umfang etabliert sein. Die Randbedingungen, dass dies gelingt, sind von der Politik zu setzen (Förderung von Mehrkosten, Anerkennung der erzielten CO2-Einsparung, Genehmigungsauflagen etc.)

Herr Kattenstein, vielen Dank für das Gespräch!

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