FAQ zu Erzeugung & Import
Der Bedarf an Wasserstoff ist sehr groß. Wie wird der zukunftsweisende Rohstoff erzeugt? Auf welchen Wegen wird er importiert? Diese und weitere Fragen werden hier beantwortet. Ihre Frage ist nicht mit dabei? Schicken Sie uns eine E-Mail an info@get-h2.de
Wasserstoff wird in Deutschland seit Jahrzehnten sicher erzeugt, transportiert, gespeichert und vor allem in der chemischen Industrie eingesetzt. Anlagen zur Produktion von Wasserstoff werden anhand bewährter technischer Regelwerke und Vorschriften geplant und gebaut, so dass ein sicherer und gefahrloser Betrieb jederzeit gewährleistet ist.
Das geplante Wasserstoffnetz wird dezentral strukturiert. Der Großteil des benötigten Stroms wird offshore produziert und über das öffentliche Stromnetz zu den Standorten der Elektrolyseure transportiert, wo er zur Erzeugung von grünem Wasserstoff genutzt wird. Der Wasserstoff wird dann in einem Wasserstoffnetz zum Kunden und zu Speicheranlagen transportiert. Der Flächenbedarf für eine 100 MW Elektrolyse-Anlage liegt bei etwa 10.000 m2.
Von einem Elektrolyseur gehen die üblichen Geräusche einer Industrieanlage aus, vergleichbar denen eines Kraftwerks. Die relevanten Geräuschquellen werden so geplant, dass die maßgeblichen Immissionsorte (z.B. Wohnhäuser) nicht mehr im Einwirkbereich der zu beurteilenden Anlage liegen.
Für die Produktion von 1 kg Wasserstoff in einer so genannten PEM-Elektrolyse werden 9 l Wasser verbraucht. Bei einem 100 MW Elektrolyseur, der mit 4.000 Volllaststunden pro Jahr läuft, wären das etwa 77.000 m³ Wasser im Jahr. Zum Vergleich: in der Ems fließen in einem Jahr 2,5 Mrd. m³ Richtung Nordsee. (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Ems mittlerer Durchfluss der Ems bei Versen (Nähe Meppen) = 80 m³/sek)
Überwiegend ist in den Projekten der Einsatz der so genannten PEM-Elektrolyse geplant, so auch beim Projekt GET H2 Nukleus. PEM steht für Proton Exchange Membrane, also Protonen-Austauschmembran. Der Vorteil ist, dass in einer PEM-Elektrolyse keine weiteren chemischen Verbrauchsmittel hinzugefügt werden müssen. Außerdem kann sie schnell in der Leistung hoch- und runtergefahren werden und so auf Schwankungen in der Verfügbarkeit von erneuerbarem Strom reagieren.
Die Produkte einer so genannten PEM-Elektrolyseanlage, wie sie zum Beispiel in Lingen geplant ist, sind Wasserstoff und Sauerstoff. Darüber hinaus werden keine umweltschädlichen Nebenprodukte erzeugt.
Durch den Einsatz von Wasserstoff werden andere Formen der Energieerzeugung reduziert. Denn auch die Förderung von Erdöl und Erdgas, die Erzeugung von Kernkraft und die Erzeugung von Strom in Kohle- und Gaskraftwerken verbrauchen Wasser. Ein Beispiel: Im Projekt GET H2 Nukleus wird der Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff in Lingen errichtet – das benachbarte Kernkraftwerk Emsland wird bis Ende 2022 abgeschaltet. Dadurch gleicht sich der Wasserverbrauch für die Energieerzeugung aus. Für die Region sind also keine negativen Auswirkungen zu erwarten.
Im Vergleich zu einem Kohlekraftwerk ist der Wasserverbrauch eines Elektrolyseurs bei gleicher Leistung dreimal geringer.
Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfachs (DVGW) hat 2023 eine Studie zu dieser Frage durchgeführt und ist zu dem Ergebnis gekommen, dass die Wasserressourcen für die geplante Erzeugung von Wasserstoff in Deutschland problemlos ausreichen.
Es gibt Anwendungen, in denen fossile Energieträger nicht durch Strom ersetzt werden können. Das gilt zum Beispiel für Raffinerien, die chemische Industrie oder die Stahlerzeugung. Hier ersetzt der grüne Wasserstoff einerseits den so genannten grauen Wasserstoff, der aus Erdgas erzeugt wird, wobei CO2-Emissionen entstehen. Andererseits wird durch Wasserstoff der Einsatz von Kohle, Öl oder Gas überflüssig. Das sind die Anwendungen, in denen grüner Wasserstoff als erstes wirtschaftlich sein wird.
Auch für synthetische Kraftstoffe, die z.B. CO2-Emissionen im Schiffs- und Flugverkehr reduzieren können, ist grüner Wasserstoff notwendig.
Strom ist bislang nicht in großen Mengen speicherbar. Über die Umwandlung zu Wasserstoff hingegen kann erneuerbarer Strom gespeichert werden, u.a. in bestehenden unterirdischen Kavernenspeichern. Der Transport von Wasserstoff in einem Pipelinenetz über weite Strecken ist sehr effizient. Da vielfach vorhandene Leitungen des Erdgasnetzes genutzt und auf Wasserstoff umgestellt werden können, kann der Aufbau dieses Pipelinenetzes schnell und kostengünstig erfolgen.
Zur Herstellung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse werden im Wesentlichen zwei Technologien angewendet: die alkalische Elektrolyse und die Polymer-Elektrolyt-Membran- (PEM)-Elektrolyse.
Je nach Einsatz kann ein PEM-Elektrolyseur einen Wirkungsgrad im Bereich zwischen 60 und 70% aufweisen. Gleichzeitig kann er fluktuierende Erneuerbare Energien aufnehmen, innerhalb von wenigen Sekunden starten und seine Leistung schnell anpassen. Kann der gleichzeitig erzeugte Sauerstoff ebenfalls genutzt werden, steigt die Effizienz an, da auch so Energie eingespart wird. (Quelle BDEW: https://www.bdew.de/energie/effizienzsteigerung-bei-der-wasserstofferzeugung/)
Der zusätzliche Stromverbrauch durch die Elektrolyseure muss durch einen verstärkten Ausbau der Erneuerbaren Energien und durch eine Importstrategie für Erneuerbare Energien gedeckt werden. Im ersten Halbjahr 2023 wurden 53,4 % Strom aus Erneuerbaren Energien in Deutschland erzeugt (Quelle: Statistisches Bundesamt). Dieser Anteil muss deutschlandweit weiter anwachsen.
Es ist jedoch nicht sinnvoll, mit dem Beginn der Wasserstoffproduktion zu warten, bis der gesamte Strombedarf durch Erneuerbare Energien gedeckt ist. Denn sowohl die Stromerzeugung aus Wind und Sonne als auch die Stromnachfrage schwanken ganz natürlich. Um zu jedem Zeitpunkt die Stromnachfrage zu decken, müssten extrem viele Wind- und PV-Anlagen gebaut werden. In sehr windigen oder sonnigen Phasen müssen dagegen bereits heute Anlagen abgeschaltet werden, um ein Überangebot auszugleichen. Wasserstoff macht es möglich, Strom aus Wind- und PV-Anlagen zu speichern, um die Erzeugungsschwankungen auszugleichen.
Unabhängig von dem Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur wird die Erreichung der Klimaziele mit einem stark steigenden Strombedarf und einem notwendigen Ausbau dieser Kapazitäten einhergehen.
Welcher Strom für die Erzeugung von grünem Wasserstoff verwendet werden darf, wird in den so genannten Strombezugskriterien geregelt. Die Betreiber der Elektrolyseanlagen müssen, z.B. mit Herkunftsnachweisen nachweisen, dass sie erneuerbaren Strom in gleicher Menge bezogen, wie der Elektrolyseur (und die Nebenaggregate) Strom verbraucht haben. Darüber gibt es Nachweise.
Der importierte grüne Wasserstoff muss die gleichen Strombezugskriterien erfüllen, wie der im Inland/in der EU erzeugte grüne Wasserstoff. Dies ist durch Zertifikate nachzuweisen und wird überprüft. Wichtig dafür sind auch Akteure wie die Stiftung H2Global, die, mit Unterstützung der Bundesregierung, internationale Importstrukturen für grünen Wasserstoff auf den Weg bringen soll.
Wichtig ist, dass der für Elektrolyseure eingesetzte Strom über Herkunftsnachweise als grün zertifiziert ist. Dann ist klar, dass er keine zusätzlichen CO2-Emissionen verursacht: In gleicher Menge, wie der Elektrolyseur Strom verbraucht, wird auch Strom aus Erneuerbaren Energien erzeugt. Selbstverständlich müssen die Erzeugungskapazitäten für Erneuerbare Energien deutlich ausgebaut werden, damit der Bedarf gedeckt werden kann.
Langfristig ist nur grüner Wasserstoff nachhaltig. Zu Beginn wird es aber weder ausreichend Erneuerbare Energien noch ausreichend Elektrolyseure geben, um den Bedarf zu decken. Für eine Übergangszeit soll daher auch Wasserstoff aus z.B. Erdgas erzeugt oder importiert werden. Das dabei entstehende CO2 soll verpresst und industriell genutzt oder unterirdisch eingelagert werden. Diese Nutzung von Wasserstoff aus anderen Quellen als Erneuerbarer Energie zum Start der Wasserstoffwirtschaft planen sowohl die Bundesregierung als auch die EU-Kommission in ihren Wasserstoffstrategien. Es ist aber klar, dass dies langfristig nicht mit dem Ziel der Klimaneutralität vereinbar ist und deshalb auslaufen muss. Wasserstoff aus Kernenergie ist nach Ansicht von Experten zu teuer und wird deshalb nicht marktfähig sein.
Es gibt zahlreiche Länder und Regionen, die sich ein großes Potenzial für Erzeugung und Export von grünem Wasserstoff haben. Rund 70% des Wasserstoffs, der in Deutschland eingesetzt werden soll, soll laut Nationaler Wasserstoffstrategie importiert werden. Ein maßgeblicher Teil davon wird Studien zufolge aus Norwegen, Frankreich und Spanien kommen. Die Bundesregierung hat aber auch mit Kanada, Chile, Australien, Marokko und anderen Ländern bereits Gespräche über einen Import von Wasserstoff geführt und Partnerschaften geschlossen.
Wasserstoff aus europäischen oder an Europa angrenzenden Ländern, wie z. B. den nordafrikanischen oder den skandinavischen Ländern, kann über Rohrleitungssysteme importiert werden. Der Wasserstofftransport funktioniert dann ähnlich wie der inländische Transport oder der aktuelle Import von Erdgas.
Wird Wasserstoff aus entfernten Ländern wie z.B. Australien oder Chile importiert, wird er per Schiff zu den deutschen und europäischen Häfen gebracht. Der Wasserstoff wird dann entweder transportiert in stark gekühlter, flüssiger Form, als so genanntes Wasserstoffderivat wie z.B. Ammoniak oder gebunden an einen flüssigen Träger, einen Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC). An den Häfen wird der Wasserstoff wieder in Gas umgewandelt und in das Wasserstoffnetz eingespeist und verteilt.
Flüssigwasserstoff hat den Vorteil einer äußerst hohen Reinheit und einer vergleichsweise einfachen Handhabung am Importterminal. Die aufwendige Verflüssigung findet im Exportland statt, was den gesamten Prozess deutlich vereinfacht.
Bei der LOHC-Technik wird ein in der Industrie bewährtes Thermalöl verwendet, um Wasserstoff sehr sicher und verlustfrei mittels Tanklaster, Schiff oder Zug zu transportieren.
Das langfristige Rennen, in welcher Form Wasserstoff über sehr weite Strecken importiert wird, ist offen.