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Wasserstoffbereitstellung

Erstellt am: 24.02.2023 | Stand des Wissens: 24.02.2023
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Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Der gegenwärtige Wasserstoffbedarf Deutschlands beläuft sich auf 55 Terawattstunden und stammt derzeit zu über 90 Prozent aus fossilen Quellen [IKEM20]. Nach der nationalen Wasserstoffstrategie (NWS) könnte der Bedarf bis 2030 auf 90 bis 110 Terawattstunden und bis 2050 auf 110 bis 380 Terawattstunden steigen. Im Jahr 2030 sollen nach der NWS 14 Terawattstunden, also 13 bis 16 Prozent des prognostizierten Bedarfs, als grüner Wasserstoff bereitgestellt werden [BMWi20b]. Um diesen Bedarf bereitstellen zu können, bedarf es ausreichender Strom- und Elektrolysekapazitäten sowie dafür geeigneter Standorte. Deutschland ist jedoch hinsichtlich eines massiven Ausbaus erneuerbarer Energien mit Flächenrestriktionen konfrontiert. Nach [SRU21] kann die heimische Wasserstoffproduktion die prognostizierten Bedarfe für 2030 und 2050 voraussichtlich nicht decken, weshalb in der NWS entsprechende Annahmen zum Import von Wasserstoff und Power-to-X (PtX) Folgeprodukten (wie synthetischem Gas und Kraftstoffen) getroffen wurden [BMWi20b]. Hinsichtlich des Imports bedarf es zunächst entsprechender Nachhaltigkeitskriterien, um eine Verlagerungen des deutschen ökologischen Fußabdrucks sowie soziale Auswirkungen in wasserknappen Regionen zu vermeiden und zu verhindern, dass durch den steigenden Strombedarf für die Elektrolyse dieser teilweise durch fossile Energieträger bereitgestellt wird. Darüber hinaus bedarf es ebenfalls der Infrastrukturplanung und -ausbau, weshalb der Import voraussichtlich erst ab 2030 für die Bedarfsdeckung in Deutschland verfügbar ist. Für die kurzfristige Nachfrage wird deshalb vor allem eine heimische Erzeugung favorisiert [SRU21].
Mögliche Erzeugungskapazitäten der heimischen Wasserstoffproduktion sind in Abbildung 1 dargestellt. Die exakte Menge der zukünftigen deutschen Wasserstoffproduktion ist unklar und unterliegt der Annahmen verschiedener Szenarien. Klar ist, dass die Wasserstoffnachfrage steigen wird, weshalb die Produktion aufgebaut und ein steigender Bedarf an entsprechende EE-Kapazitäten, zusätzlich zur Befriedigung der eigentlichen EE-Nachfrage, bereitgestellt werden muss. Die benötigte Elektrolysekapazität beläuft sich in dieser Betrachtung im Jahr 2030 auf 5 Gigawatt und im Jahr 2050 auf 8 bis 62 Gigawatt.
erzeugungskapazitaeten.jpgAbb. 1: Erzeugungskapazitäten der heimischen Wasserstoffproduktion [SRU21, S. 43] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Wie sich das Verhältnis von heimisch erzeugtem Wasserstoff und PtX-Folgeprodukten zum Import dieser im Jahr 2050 verhalten könnte, ist in Abbildung 2 durch verschiedene Szenarien dargestellt. Innerhalb der Szenarien liegt die jährliche Gesamtmenge heimisch erzeugten Wasserstoffs zwischen 100 und 200 Terawattstunden. Die Bandbreite der Importe liegt zwischen 64 und 823 Terawattstunden und erklärt sich dadurch, dass die Importe in den Modellen basierend auf Kostenannahmen des zukünftigen Wasserstoffes sowie auf aus Technologieannahmen resultierenden Bedarfen ermittelt werden und nicht über Potenzialannahmen (wie bei der heimischen Erzeugung). Diese Szenarien prognostizieren zum Teil deutlich höhere Gesamtmengen des Wasserstoffbedarfs als die NWS, die von 110 bis 380 Terrawattstunden ausgeht.

import wasserstoff.jpgAbb. 2: Importierte und heimisch produzierte Mengen an Wasserstoff und PtX-Folgeprodukten in 2050 in verschiedenen Szenarien [SRU21, S. 12] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Darüber hinaus ist in den Szenarien der Bedarf nach Sektoren differenziert. Signifikante Bedarfe werden neben dem Industriesektor auch im Verkehrssektor gesehen. So könnten im Jahr 2050 zwischen 67 und 334 Terawattstunden auf den Verkehrssektor entfallen. Die große Bandbreite in diesem sowie auch in einigen weiteren Sektoren ergibt sich durch die vielen zu treffenden Annahmen und Erwartungen, welche weit in die Zukunft gehen und mit vielen Unsicherheiten behaftet sind. Die Unsicherheiten betreffen neben der Technologienentwicklungs- und Kostenannahmen des zukünftigen Wasserstoffs ebenso weitere Dekarbonisierungsoptionen und deren Entwicklungen.
Wie aus den vorherigen Erläuterungen hervorgeht, ist die exakte Menge sowohl des zukünftigen Bedarfs als auch der Produktion und somit der benötigten Importmenge an Wasserstoff in und nach Deutschland abhängig von vielen unterschiedlichen Entwicklungen.
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Klimaschutzpotenzial der Wasserstoffanwendung im Verkehrssektor (Stand des Wissens: 27.02.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?567750
Literatur
[BMWi20b] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Hrsg.) Die Nationale Wasserstoffstrategie, 2020/06
[IKEM20] IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V. (Hrsg.) Wasserstoff - Farbenlehre, 2020/12
[SRU21] Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) (Hrsg.) Wasserstoff im Klimaschutz: Klasse statt Masse, 2021
Glossar
Power-to-X
Power-to-X ist ein Oberbegriff für verschiedene technologische Verfahren, bei denen elektrische Energie in chemische Energie oder in Wärme umgewandelt wird. Dies ermöglicht eine Speicherung und anderweitigen Nutzung von Stromüberschüssen in Zeiten eines Überangebotes variabler erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.
Szenarien Ein Szenario ist ein Bild der Zukunft, das sich aus einer bestimmten Kombination von relevanten Einflussfaktoren und Rahmenbedingungen entwickelt. Das grundsätzliche Anliegen von Szenarien besteht darin, verschiedene Handlungsoptionen zu verdeutlichen und ihre Folgewirkungen transparent zu machen.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?567639

Gedruckt am Mittwoch, 28. Februar 2024 07:51:40