Fraunhofer-Studie: Wo Wasserstoff sinnvoll ist - und wo nicht
Karlsruhe • Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für die klimafreundliche Energieversorgung der Zukunft, doch nicht überall wird er sich durchsetzen. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) hat in einer umfassenden Analyse mehr als 100 Faktenchecks ausgewertet und kommt zu einem differenzierten, aber meist klaren Ergebnis. Die Studie, die der Deutschen Presse-Agentur vorab vorlag, zeigt präzise auf, wo Wasserstoff das Mittel der Wahl wird und wo nicht - und welche Voraussetzungen dafür erfüllt sein müssen.
Die verschiedenen Arten der Wasserstoffherstellung
Wasserstoff ist nicht gleich Wasserstoff. Das Gas mit Molekülen aus zwei Wasserstoff-Atomen kann auf viele verschiedene Arten erzeugt werden, und seine Umweltbilanz hängt entscheidend von der Herstellungsmethode ab. Die Bandbreite reicht von grauem und schwarzem beziehungsweise braunem Wasserstoff, die mit Hilfe von Gas oder Kohle produziert werden und dabei CO2 freisetzen, bis zu blauem und türkisem Wasserstoff, bei denen das entstehende CO2 abgeschieden und gespeichert wird oder Kohlenstoff als Feststoff entsteht.
Bei rotem, orangen oder grünem Wasserstoff entsteht das Gas durch Elektrolyse. Hier ist entscheidend, woher der Strom stammt: Die Autoren unterscheiden zwischen Atomenergie (rot), Biomasse (orange) und erneuerbaren Energien wie Wind oder Solar (grün). Derzeit wird Wasserstoff weltweit nahezu vollständig aus fossilen Quellen hergestellt, vor allem aus Erdgas und Kohle. Nachhaltiger Wasserstoff wird voraussichtlich erst in den 2030er Jahren in größerem Umfang verfügbar sein.
Wo Wasserstoff wichtig wird - und warum
Derzeit sind die mengenmäßig wichtigsten Einsatzgebiete Raffinerien und die Ammoniakherstellung. Diese Bereiche bleiben den Autoren zufolge bedeutend, als weitere künftige Großabnehmer sehen sie die Stahlerzeugung, den Transport- und Energiesektor. „Besonders hohe Relevanz besitzt Wasserstoff dort, wo direkte Elektrifizierung an physikalische oder wirtschaftliche Grenzen stößt“, schreiben die Autoren. Im Verkehrssektor betrifft dies vor allem den Schwerlastverkehr, die internationale Schifffahrt und die Luftfahrt.
Wo Wasserstoff nicht sinnvoll ist - und warum
Die Gasheizung wird Wasserstoff nach Ansicht von Hauptautor Nils Bittner nicht retten. „Wasserstoffheizungen sind zwar technisch machbar, für den Einsatz in privaten Haushalten jedoch nicht kosteneffizient“, sagt er. „Auf absehbare Zeit wird nicht ausreichend kostengünstiger Wasserstoff für einen flächendeckenden Einsatz verfügbar sein.“ Ein Einsatz bei lokalen Lösungen wie Fernwärme oder Blockheizkraftwerken könne je nach regionalen Randbedingungen allerdings in Betracht kommen.
Und auch den Einsatz als Energiespeicher für die Stromversorgung sieht Bittner skeptisch: Die Herstellung von grünem Wasserstoff mit dem Ziel, daraus wieder Strom zu gewinnen, sei „aufgrund der hohen Umwandlungsverluste aktuell nur in Ausnahmefällen“ sinnvoll - zum Beispiel für Notstromaggregate.
Umstrittene Erwartungen und Kostenfragen
In vielen Bereichen gibt es einen breiten Konsens zwischen den ausgewerteten Quellen, einige Punkte werten die Autoren aber als umstritten. Dazu zählt das Brennstoffzellenauto. Einige Analysen schreiben ihm ein hohes Potenzial für den Klimaschutz zu, andere halten seinen Nutzen für begrenzt oder nachrangig gegenüber anderen Technologien. Das betrifft insbesondere batteriebetriebene Autos, die den Autoren zufolge deutlich effizienter sind.
Die Kostenfrage hängt direkt mit der Umweltfreundlichkeit zusammen. „Derzeit ist insbesondere grüner Wasserstoff, der mittels erneuerbarer Energien erzeugt wird, deutlich teurer als fossile Alternativen“, heißt es in der Analyse. Als günstigste Alternative sehen die Autoren grauen Wasserstoff mit 1 bis 2 US-Dollar pro Kilogramm. Grüner Wasserstoff kostet derzeit rund 7 bis 19 Dollar pro Kilo, ist also sehr viel teurer. Dieser Wert soll sinken, wie schnell, darüber gehen die Prognosen auseinander. Die Autoren gehen aber davon aus, dass er auch 2030 noch mindestens doppelt so teuer ist wie grauer Wasserstoff.
Voraussetzungen für eine Wasserstoffwende
Für eine erfolgreiche Wasserstoffwende müssen mehrere Voraussetzungen erfüllt werden:
- Die Herstellungskosten müssen sinken
- Es wird viel zusätzlicher grüner Strom benötigt
- Eine passende Infrastruktur muss aufgebaut werden
Um den Wasserstoffbedarf in Deutschland vollständig aus regenerativen Energien herzustellen, seien bis 2030 etwa 160 Terawattstunden zusätzlicher grüner Strom nötig. Zum Vergleich: 2024 wurden in Deutschland rund 250 Terawattstunden Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt. Die Autoren gehen davon aus, dass Deutschland auch langfristig Wasserstoff aus Ländern importieren wird, die bessere Bedingungen zur Erzeugung von erneuerbaren Energien haben.
Zudem braucht es eine passende Infrastruktur - je nach Nutzung: Leitungen für industrielle Anwendungen und große Distanzen, kleinere können per Lkw überbrückt werden. Der Aufbau eines Leitungsnetzes wird der Analyse zufolge aber Milliarden kosten.
Globale Produktion und die Rolle Europas
Die weltweite Produktion von Wasserstoff aller Herstellungsarten beziffern die Autoren mit rund 100 Millionen Tonnen. Größter Hersteller ist China, wobei das Gas dort vor allem mit Hilfe von Kohle produziert wird.
Die EU will bis 2030 10 Millionen Tonnen grünen Wasserstoff produzieren. Deutschland will etwa ein Viertel davon erzeugen. Das reicht allerdings nicht, um den Bedarf zu decken. Auf der Industrieseite hätte Europa und Deutschland eigentlich eine starke Startposition. Europa verfüge über eine „historisch starke industrielle Basis im Bereich der Elektrolysetechnologien“, schreiben die Autoren. „Frühere Analysen zeigen, dass europäische Unternehmen zeitweise rund 60 Prozent der weltweiten Elektrolyseur-Herstellungskapazität sowie etwa 40 Prozent der relevanten Patente hielten.“ Auch deutsche Unternehmen waren sehr aktiv. Doch aktuelle Entwicklungen deuten auf eine Verschiebung hin: „Insbesondere China hat seine Produktionskapazitäten in den vergangenen Jahren erheblich ausgebaut und nimmt inzwischen eine zentrale Rolle in der globalen Elektrolyseurfertigung ein.“
