Wasserstoff aus der Wüste

Allerdings dürfte der erforderliche Ökostrom kaum in Deutschland produziert werden. Das Bundeswirtschaftsministerium und die Gasbranche setzen daher auch auf blauen Wasserstoff – also grauen Wasserstoff aus der Dampfreformierung von Erdgas, bei dessen Produktion das entstehende CO2 abgeschieden und gespeichert wird. Die Methode dafür ist unter dem englischen Fachbegriff Carbon Capture and Storage (CCS) bekannt. Tom Smolinka, Forscher am Fraunhofer ISE sieht das jedoch kritisch: „Blauer Wasserstoff als Brückentechnologie würde eine konsequente Umstellung verzögern. Außerdem werden die Herausforderungen der CCS-Technologie im Großmaßstab unterschätzt.“

Erneuerbare Energien ausbauen

Auch Werner Diwald spricht sich für eine durchgehend grüne Wasserstoff-Wirtschaft aus. Wichtig sei, erneuerbare Energien konsequent auszubauen. Dennoch lasse sich der Bedarf an Ökostrom nicht annähernd auf dem Heimatmarkt decken, nicht einmal mit neuen Offshore-Windparks in der Nordsee. Statt Öl müsse Deutschland daher künftig erneuerbare Energie importieren. Dazu setzt der Bund auf Wasserstoff-Importe aus Regionen, in denen die Sonne beständig scheint und Platzmangel kein Thema ist. Ein Abkommen mit Marokko zum Aufbau einer Elektrolyse-Anlage ist bereits unterschrieben.

Die Idee dahinter: In sonnenreichen Regionen wie dem nordafrikanischen Wüstengürtel produzieren riesige Solarkraftwerke elektrischen Strom, der zur Küste, etwa von Marokko, geleitet wird. Dort wird die elektrische Energie verwendet, um Meerwasser zu entsalzen und per Elektrolyse grünen Wasserstoff herzustellen.

Ludwig Jörissen vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) in Ulm erinnert an das Forschungsprojekt „HySolar“ aus den 1980er-Jahren. Mit der Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff auf nur einem Prozent seiner Landfläche sollte Saudi-Arabien dieselbe exportfähige Energiemenge bereitstellen, die es als Rohöl verkauft. „Damals war das unwirtschaftlich, da die Produktion einer Kilowattstunde mit Photovoltaik 50 Cent kostete“, berichtet Jörissen. „Doch heute liegen die Kosten nur noch bei vier bis fünf Cent“. In Nordafrika und auf der Arabischen Halbinsel erreichen Solarkraftwerke sogar sagenhaft günstige ein bis zwei Cent pro produzierter Kilowattstunde Strom.

Etwa drei Viertel des Bedarfs an grünem Wasserstoff sollen künftig aus dem Sonnengürtel der Erde kommen. Da Wasserstoff bei Umgebungsdruck ein großes Volumen hat, muss er vor dem Transport nach Mitteleuropa verdichtet werden. Dafür eignen sich physikalische Speichermethoden wie die Druckspeicherung oder die Verflüssigung. „Eine realistische Option für Ferntransporte im Gigawattstunden-Maßstab ist Flüssigwasserstoff“, sagt Tom Smolinka. Er könne wie verflüssigtes Erdgas mit Tankschiffen transportiert werden. Dazu wird der Wasserstoff auf minus 253 Grad Celsius gekühlt. Geeignete Behälter lassen sich in Transportschiffe einbauen.

Tanker für flüssigen Wasserstoff

Ein japanisches Konsortium testet das bereits mit der „Suiso Frontier“, dem weltweit ersten Tankschiff für flüssigen Wasserstoff (Liquid Hydrogen, LH2). Es kann 1250 Kubikmeter Wasserstoff aufnehmen, die in einem doppelwandigen, vakuumisolierten Tank untergebracht sind. Japan hat seine Wasserstoff-Strategie bereits 2017 vorgelegt und will seine Wirtschaft zügig auf die Basis von Wasserstoff umstellen.

Weitere Transportoptionen sind flüssige organische Wasserstoff-Träger, in denen der Wasserstoff reversibel gebunden wird, und die Umwandlung in Methanol, Methan oder Ammoniak.

Mehr Unabhängigkeit in Sicht

Auch Greenpeace Energy geht davon aus, dass ein Großteil der benötigten Energie importiert werden muss. Gleichwohl erlaube Wasserstoff mehr Autarkie: Importiert Deutschland bisher 70 Prozent seines Energiebedarfs, könnte der Anteil bis 2035 auf 50 Prozent sinken, vorausgesetzt Deutschland produziert selbst genügend grünen Wasserstoff. Die vom Bund geplanten fünf Gigawatt Elektrolyseleistung können daher nur ein erster Schritt sein.

Eine Herausforderung sind sie dennoch, denn die Power-to-Gas-Anlagen in Deutschland, in denen Wasser per Strom in Wasser- und Sauerstoff zerlegt wird, gelten eher als Reallabore denn als Industrieanlagen. Die etwa 40 bestehenden Anlagen leisten zusammen mit etwa 55 Megawatt (MW) gerade mal so viel wie zehn große Windturbinen.

Standard bei der Power-to-Gas-Technik ist die alkalische Elektrolyse, bei der ein Kilowatt Leistung 1000 Euro und mehr kostet – das gilt jedenfalls für kleinere Anlagen. „Für einen wirtschaftlichen Betrieb müssen die Kosten auf wenige Hundert Euro sinken“, sagt Ludwig Jörissen. Die Technik lasse sich aber gut auf größere Anlagen übertragen. Und bei Werkstoffen, Katalysatoren sowie der Gestaltung der Elektroden gebe es Verbesserungspotenzial.

Das Dilemma der hohen Strompreise

Unwirtschaftlich ist die Wasserelektrolyse bisher vor allem wegen der hohen Strompreise. Das gilt erst recht, weil Elektrolyseure meist als Endverbraucher eingestuft werden und dann die volle EEG-Umlage zahlen müssen, selbst wenn sie überschüssigen Ökostrom in Wasserstoff verwandeln, um ihn zu speichern und in anderen Sektoren nutzbar zu machen. Damit macht die Umlage genau das wirtschaftlich unattraktiv, was der Bund mit Millionen Euro fördert.

Bei Experten löst das Kopfschütteln aus: „Die EEG-Umlage für Elektrolysen ist kompletter Unfug“, wettert ZSW-Forscher Jörissen. Der Chemiker bezeichnet sie als „Technologieverhinderungsumlage“, weil sie den Preis für grünen Wasserstoff auf rund neun Euro pro Kilogramm verdoppelt. „Wasserstoff wird extrem knapp und teuer sein“, befand Ingrid Nestle in einer Bundestagsdebatte. Die Energieexpertin der Grünen meint: „Warum soll der Strom ausgerechnet für die Wasserstoff-Produktion günstiger sein als für alle anderen sinnvollen Anwendungen von Strom?“

Nach dem Ende der Förderphase droht vielen Power-to-Gas-Demonstrationsanlagen das wirtschaftliche Aus. Gleichzeitig sorgen niedrige Erdgaspreise dafür, dass ein Kilogramm grauer Wasserstoff aus der klimaschädlichen Dampfreformierung unter zwei Euro kostet. Der ab 2021 geplante nationale CO2-Preis dürfte viel zu niedrig sein, um grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen, sagt Tom Smolinka. „Das muss im Sinne der Energiewende anders gedacht werden.“ Der CO2-Preis sollte bei 180 Euro pro Tonne liegen und die EEG-Umlage für die Wasserelektrolyse sollte entfallen. Entscheidend sei deren „Dienlichkeit“ für die Stromnetze. Unter diesen Bedingungen dürfte ein Kilogramm grüner Wasserstoff 2030 nur noch zwei bis drei Euro kosten, schätzt Smolinka.

Allerdings: Im Strategiepapier der Bundesregierung stehen unverbindliche Formulierungen, was die Befreiung von der EEG-Umlage betrifft. Sie deuten darauf hin, dass sich die Ministerien uneins sind. Dabei wäre eine faire Regulierung die Voraussetzung für den Aufbau einer Wasserstoff-Produktion in großem Stil.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…