Eine Studie des Fraunhofer ISI, die im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts „HyPat – Globaler H2-Potenzialatlas“ realisiert wurde, befasst sich mit der preiselastischen Wasserstoffnachfrage in Bereichen wie Industrie, Verkehr und Energieumwandlung. Simulationsmodelle bilden dabei alternative Möglichkeiten zur Erreichung der Klimaziele und der potentiellen Rolle von Wasserstoff ab.
Wasserstoff und Wasserstoffderivate sollen in Deutschland und Europa zur Erreichung der Klimaziele und speziell für die Treibhausgasneutralität eine wichtige Rolle spielen. Unklar ist allerdings, wie umfangreich Wasserstoff bei welchen Anwendungen eingesetzt werden soll. Ein zentrales Kriterium ist hier der Wasserstoffpreis und die Konkurrenzfähigkeit von Wasserstoff im Vergleich zu anderen Optionen, beispielsweise der direkten Elektrifizierung.
Doch wie wird sich die Wasserstoffnachfrage in bestimmten Sektoren unter Zielsetzung der Treibhausgasneutralität im Jahr 2045 entwickeln? Mit dieser Frage befasst sich die neue Studie „Preiselastische Wasserstoffnachfrage in Deutschland – Methodik und Ergebnisse“ des Fraunhofer ISI und Energy Systems Analysis Associates – ESA² GmbH. Untersucht werden die Anwendungsbereiche Industrie, Verkehr und Energieumwandlung mit techno-ökonomischen, agenten-basierten Simulationsmodellen, was Aussagen zu Preiselastizitäten der Wasserstoffnachfrage ermöglicht. Die Bereiche Gebäudewärme und der internationale Flug- und Schiffsverkehr werden ebenfalls betrachtet, aber auf eine eigene Modellierung verzichtet und auf Erkenntnisse anderer Studien zurückgegriffen.
Die Simulationsmodelle bilden die alternativen Möglichkeiten zur Erreichung der Klimaziele ab und bewerten die Optionen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten – also zum Beispiel, ob Elektrofahrzeuge oder Brennstoffzellen-Pkw wirtschaftlich sinnvoller sind, abhängig von den zugrundeliegenden Preisen.
„No-Regret-Anwendungen“ wichtiger Treiber für Wasserstoffnachfrage
Eines der Kernergebnisse der Studie ist für Prof. Dr. Martin Wietschel, der das Projekt am Fraunhofer ISI geleitet hat, „dass sogenannte ‚No-Regret-Anwendungen‘ ein sehr wichtiger Treiber für die Wasserstoffnachfrage sind – Anwendungen also, bei denen kaum ökonomisch attraktive alternative Technologieoptionen zur Erreichung der ambitionierten deutschen Treibhausgasminderungsziele zur Verfügung stehen“. Dieser Mangel an Optionen bedinge eine weitgehende Preisunelastizität und die Preise dürften sich in Zukunft auf einem relativ hohen Niveau bewegen.
„Dies gilt insbesondere für die stoffliche und energetische Nutzung in bestimmten Industrieanwendungen wie dem Stahl- oder dem Grundstoffchemiesektor“, so Wietschel. Die Berechnungen in der Studie zeigten, dass die Nachfrage hier im Jahr 2045 circa 250 TWh beträgt, was in etwa 10 Prozent des heutigen Endenergiebedarfes Deutschlands entspreche. Dafür müssten allerdings allein in Deutschland enorme Elektrolyse-Kapazitäten aufgebaut werden – rund 20 GW, also in etwa das Vierzigfache der aktuell global installierten Elektrolyseleistung –, was nicht nur zeit- und kapitalintensiv sei, sondern auch ein hohes Ausbautempo erfordere.
Im Verkehrsbereich und speziell im internationalen Flug- und Schiffsverkehr dürfte es ebenfalls zu einer hohen, preisunelastischen Nachfrage nach synthetischen Kraftstoffen zur Treibhausgasminderung kommen (209 TWh im Jahr 2045), der vorrangig durch Wasserstoff und biogene Quellen gedeckt werden könnte. Daraus folge, dass Wasserstoff bei Pkw, Lkw, Bussen oder Schienenfahrzeugen wahrscheinlich eher nicht eingesetzt wird, weil es hier mit der direkten Elektrifizierung eine Alternative gibt.
Ein günstiger Wasserstoffeinsatz ist laut der Studie erst bei Großhandelspreisen von unter 90 €/MWh im Jahr 2045 möglich, je nach Anwendung sogar deutlich weniger. Bei Preisen von 50 €/MWh ergeben die Analysen eine Gesamtwasserstoffnachfrage von 476 TWh im Jahr 2045. Dies ist den Forschern zufolge aufgrund einer Vielzahl von Kosten für Herstellung, Transport oder Vertrieb jedoch eher unwahrscheinlich, Marktpreise von deutlich über 90 €/MWh im Jahr 2045 erschienen deutlich realistischer. Eine großangelegte Förderung des Wasserstoffeinsatzes in Bereichen wie der Gebäudewärme, des landgebundenen Verkehrs oder der energetischen Nutzung in der Industrie erscheine aus diesem Grund wenig sinnvoll.
Preise lenken Wasserstoffnutzung
Im Bereich der Energieumwandlung könnte sich die Nachfrage nach Wasserstoff laut der Auswertung recht preiselastisch in einem Großhandelspreisbereich von 130 bis 90 €/MWh gestalten. Dies hängt damit zusammen, dass bei dem angestrebten Ausbau der Erneuerbaren Energien Optionen zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage notwendig sind. Anwendungen zur Nutzung von Wasserstoffspeichern mit Rückverstromung stehen hier unter anderem in Konkurrenz mit Anwendungen für Flexibilitätserhöhungen der Nachfrage wie zum Beispiel Wärmpumpen, Wärmenetze oder Elektrofahrzeuge. Weiterhin kann auf andere Speicheroptionen zurückgegriffen oder die Erneuerbaren stärker ausgebaut werden. Die Preise entscheiden hier mit, in welchem Umfang Wasserstoff künftig eingesetzt wird.
Die Ergebnisse für das Jahr 2030 zeigen, dass die Wasserstoffnachfrage mit etwas mehr als 40 TWh zu diesem Zeitpunkt noch nicht sehr hoch sein wird, heißt es abschließend. Bestimmte Industrieanwendungen könnten dabei die Wasserstoffnachfrage dominieren. Auf diese sollte sich auch die Förderung in den nächsten Jahren konzentrieren. Niedrige Großhandelspreise seien jedenfalls eher nicht zu erwarten und dürften damit auch nicht zur Steigerung der Wasserstoffnachfrage beitragen.
Gunarr meint
Ich dachte immer, das Entscheidende bei der Frage, ob wir mit Batterie oder Brennstoffzelle fahren werden, sei, wie teuer der Wasserstoff letztlich wird. Und da klingen 9 ct pro kWh erstmal nicht zu schlecht. Es sei denn, hier ist eine thermische kWh gemeint und keine elektrische.
Nun sagt der Beitrag aber, dass wir nicht mal genug Wasserstoff für die Stahlherstellung werden herstellen können. Daher stellt sich die Frage, ob wir Wasserstoff in der Energiewirtschaft oder gar im Verkehr einsetzen könnten, gar nicht.
elbflorenz meint
Natürlich ist bei einem Gas die thermische Leistung angegeben. Wie bei Erdgas halt auch.
Dann kommt es auf den Wirkungsgrad an. So wird aus einer kWh Erdgas eben nur 0,5 kWh Strom. Günstigstenfalls.
Bei Brennstoffzelle sind es aus einer kWh H2 vielleicht 0,6 kWh Strom.
Und dann sind wir bei 15-16 Cent pro kWh Strom aus H2. Netto.
Allerdings sind Preisabschätzungen über 20 Jahre und mehr – besonders bei noch wenig verbreiteten Produkten wie grünen H2 – reine Kaffeesudleserei …
Thomas meint
Eigentlich alle außer BMW haben mittlerweile verstanden, das H2 und PKW-Antriebe nichts miteinander zu tun haben. Um das allgemeine Stammtischvolk nicht weiter zu verwirren wäre es hilfreich, ein passenderes Artikelbild zu nehmen. Zum Beispiel ein H2-Gaskraftwerk.
Ben meint
BMW kassiert nur die H2 Subventionen um BEV querzusubevtionieren, die 100 Versuchsfahzeuge sind nur nen Feigenblatt, ich mein wenn BMW an H2 glauben würde wäre der X4(IX4?) auf dem selben schlechten Niveau wie der BZ von Toyota, ist aber halt nen super BEV geworden.
Thomas meint
„Anwendungen zur Nutzung von Wasserstoffspeichern mit Rückverstromung stehen hier unter anderem in Konkurrenz mit Anwendungen für Flexibilitätserhöhungen der Nachfrage wie zum Beispiel Wärmpumpen, Wärmenetze oder Elektrofahrzeuge. Weiterhin kann auf andere Speicheroptionen zurückgegriffen oder die Erneuerbaren stärker ausgebaut werden.“
Das stimmt so nicht. Bei Dunkelflauten >2 Tage steht H2 nicht in Konkurrenz zu Kurzzeitspeichern (Flexibilitätsoptionen, Akkus). Hier gibt es als einzige Konkurrenz große Wasserspeicher in Norwegen und der Schweiz (welche sich nicht so ohne weiteres vergrößern lassen).
MichaelEV meint
Als ob man das so vorhersagen könnte, schon mit Na-Akkus kann sich das deutlich verschieben.
Und vorher stehen sowieso viele andere Maßnahmen. Flexibilisierung, Austausch im Verbundnetz, Überversorgung mit EE. Zumindest alles kurzfristige wird mit Akkus ausgeglichen. V2G hat für das Dunkelflauten-Szenario viel Potential. Und was übrig bleibt, wird erstmal noch lange mit Gas-Kraftwerken abgefangen.
Jakob Sperling meint
Nachher kann man dann eine Studie machen, warum es trotzdem anders kam. Ein Fehlschluss ist schon heute sichtbar: BEV-Elekromobilität ist keine ‚direkte Nutzung‘ von Strom. Nur die elektrifizierte Eisenbahn und der Trolleybus sind direkte Nutzung. BEV-Mobilität braucht sehr viel Batterien mit sehr viel Chemie, ist schwer, teuer und trotzdem sehr begrenzt. Der Elektromotor ist super, die Batterie ist ein schlechter Kompromiss mit einer sehr schlechten Energiedichte. Sie ist brauchbar für alles, was 2 bis max. 4 Stunden im Tag laufen muss und schlecht für alles, was darüber ist. Der Wasserstoff wird von selbst da hin fliessen, weil er da praktischer und billiger ist als Batterien.
South meint
Naja, das stimmt so nicht. Klar braucht ein E Auto einen Accu und wäre somit eine indirekte Nutzung, das gleiche trifft aber auch auf Wasserstoff zu. Beide sind keine Energieerzeugung sondern eine Art Speicher. Jetzt kommts drauf an. H hat
unüberwindbare Umwandlungsverluste von 3:1 was überhaupt nicht energieeffizient und darüberhinaus seeehrrr teuer ist. Deshalb hat sich der Accu ja auch durchgesetzt. Lieber den Strom direkt erzeugen und kfr. in Accu Speichern als teuer in H umzuwandeln.
Und das mit den 2-4h stimmt auch nicht. Bin ja selber in 11h nach Cesenatico gefahren.
Es gibt trotzdem Nischen, wo der Wasserstoff oder E Fuels Sinn machen. Schwere Lasten über lange Strecken, Industrie… aber sicher nicht in absehbarer Zeit in Autos…
Andi EE meint
Schöne, logisch aufbereitete Studie,
– Anwendungen die zwingend mit H2 umzusetzen sind
– aus diesem Bedarf ergibt sich die zwingend erforderliche Menge
– aus der Menge ergibt sich der Preis
– je höher dieser Grundbedarf, desto stärker kann der H2-Preis fallen
– je günstiger der Preis, desto attraktiver für weitere Anwendungen
Und ja, jetzt nach Frauenhofer Institut, ist dieser nicht zu ersetzende Bedarf zu klein, dass der Preis wirklich attraktiv für andere Anwendungen werden könnte. Das ist auch der Grund, wieso die H2-Lobby den Staat zu Netzausbau und Technologieoffenheit überreden möchte. Es braucht diesen Mengenausbau, damit H2 günstiger und wirklich ein komerziell grosser Erfolg werden könnte.
Für mich aber die Gewichtung für den Winterspeicher zur Rückverstromung im Text zumindest etwas dürftig angesprochen. Da ist doch für H2 noch grösseres Potenzial vorhanden (Power to Gas). Aber ganz bestimmt wird man das wenn möglich, zu verhindern versuchen … schlicht weil das Speichern immer, viel, viel teurer ist.
Jakob Sperling meint
Lesen Sie den Artikel noch einmal – nicht nur die Teile, die Ihre Vorurteile bestätigen. Der nicht zu ersetzende Teil der H2-Nutzung ist nämlich gemäss Studie und Artikel nicht klein, sondern sehr gross. Damit fallen aucg Ihre Folgerungen daraus ins Wasser.
Andi EE meint
Begreifst du es immer noch nicht. In der Studie geht es darum, ob H2 mit der zu erwartenden Nachfrage im Preis fallen könnte, damit die Energie am Markt konkurrenzfähig wäre. Und das ist eben nach der Analyse des Instituts, nicht der Fall.
Das muss sich doch irgendwann selber tragen, der Nonsens was wir jetzt haben, wo 3/4 der Staat zahlt, ist doch nicht tragfähig. Ergo musst du diese Schwelle wo H2 attraktiv werden könnte, seriös berechnen. Bis jetzt ist es nur ein Hoffen von deinen Gesinnungsgenossen.
Maik Müller meint
@South es geht bei H2 nicht ums Auto.
Deutschland verbraucht extrem viel Energie.
Diese Energiemenge ist NICHT in Deutschland herstellbar!
Deshalb wird H2 in großen Mengen importiert werden müssen.
Die Abkommen dazu werden gerade durch die Bundesregierung auch ohne die Foren abgeschlossen.
South meint
… Mann Maik. Bei Ecomento geht um nachhaltige Mobilität….
…mal davon abgesehen Schau dir einfach mal das Bild des Artikels an… .
Chris meint
In „großen“ Mengen wird gar nichts an H2 importiert aus fernen Ländern. Dafür gibt es (a) keine Schiffskapazitäten, (b) keine Pipeline und schließlich steht dem massiven Ausbau der Schiffkapazität (c) schlicht die Physik und Chemie entgegen: große Mengen (also wirklich dem Einsatz nach, die einen Preiseffekt nach unten haben könnten) H2 lassen sich nicht per Schiff transportieren. Egal welche „Verträge“ man schließt. Einfach mal die Transportkapazität und Technik der wenigen bestehenden Schiffe für H2 ansehen und nachdenken.
Wird auch nicht durch vermeintliche zukünftige Entwicklung im Schiffbau anders ausfallen. Naturgesetz bleibt Naturgesetz. Plus der Aufwand und die Kosten eines der flüchtigsten Elemente im Periodensystem mit geringem Energiegehalt in Relation zum Volumen hin und her zu schippern ist viel zu teuer.
Maik Müller meint
@Chris ?? Die Schiffe gibt es schon und die Infrastruktur auch.
Das Zauberwort heiß Ammoniak. Chemie bleibt Chemie.
Da du ja doch recht große Töne spuckst: Woher kommt in 20 Jahren die Energie?
MichaelEV meint
Na sie spucken hier die großen Töne. Solche endgültigen Aussagen sind sowieso Mist. PV ist noch lange nicht zu Ende entwickelt.
Und schon jetzt widersprechen die Potentiale eindeutig ihrem Geschwätz. Das technische Potential von Gebäudedächern und -fassaden ist ca. 1 TW peak. Alleine der Anbau von Energiepflanzen (unter anderem, um ihren Stinker zu betreiben) hat einen Flächenbedarf, der 600 GW peak PV entspricht.
Die Überdachung von Großparkplätzen hat das Potential, ca. 20 Millionen PKWs zu versorgen.
South meint
Ähm… das von dir beschriebene Verfahren ist Uralt … und wurde nie großskalig angewandt … mal davon abgesehen, würde dies nur das Speicherproblem lösen, die Herstellung von H2 mit entsprechenden Umwandlungsverlusten ist damit noch lange nicht gelöst….
Dein Zauberwort ist also ein nicht vorhandener Strohhalm … aber hey,ich drück die Daumen allein der Glaube fehlte ihm … :-)
Chris meint
„Zauberwort“. Genau. Zuviel Märchen werden erzählt…Genau auf den Punkt gebracht.
Auch Ammoniak wird nicht in unendlichen bzw. hohen Mengen verschifft werden können. Rechnet sich schlicht nicht oder muss massiv und dauerhaft subventioniert werden.
Klar gibt es Schiffe für H2 Transport. Hab ich nicht bestritten. Sind und bleiben aber viel zu kleine Mengen…man kann auch Styropor (hohes Volumen und geringes Gewicht) per Schiff über den Globus gondeln. Macht aber niemand in Größenordnungen. Warum wohl?
Pipline: Erdgasnetz nicht H2 Ready; nicht einmal Nord Stream 2 war dafür ausgelegt; und auch nicht die schwimmenden LNG Terminals sind H2 Ready. Einfach mal die Aussagen der Bundesregierung ernst nehmen und nicht nur Absichtserklärungen und PM lesen. Von wegen „Töne“.
Heisst konkret: nur wenige km der bestehenden Infrastruktur beo uns und der EU sind wirklich H2 Ready (also für mehr als die 15-20% Beimischung ausgelegt). Zig Tausend km nicht. Und bitte nicht wieder mit Zauberwort „Ammoniak“ kommen.
MichaelEV meint
Mit dem Ammoniak ist ja sowieso irrelevant. Hab gerade von zwei Projekten gelesen, wo das größere bis 2027 (da wo es bekanntlich erst die ganzen Akku-Fabriken geben wird) an den Start gehen wird. Produktionskapazität von 5 Mio. t Ammoniak/a. Verbraucht wurden 2019 235 Mio. t/a und für 2030 sind 290 prognostiziert. Alles produzierte wird noch lange durch bisherige Bedarfe aufgesogen.
Maik Müller meint
@Chris ich hab es gewußt.
Das Forum ist gegen die Pläne der Bundesregierung :)
Nochmal die Bundesregierung will und hat schon in ca. 10 Länder H2-Projekte angeschoben!
Wie nun das H2 herkommt kann ich nicht genau sagen.
Ammoniak ist ein gängiger Weg.
MichaelEV meint
Was genau sollen das denn für H2-Projekte sein? Gibt es da etwas, was man nicht unter Forschung bzw. max. Demonstration/Pilot einordnen kann? Wie sind die Zeithorizonte für relevante Mengen?
Aber generell hat Deutschland heute massig Energieimporte, die neben direkter Elektrifizierung auch unbedingt durch andere sinnvolle Wege ersetzt werden sollen. Bedeutet aber keineswegs, dass sich Deutschland bzw. Europa (das wäre eher das sinnvollere Ziel) langfristig nicht im wesentlichen selber versorgen kann.
Die aktuell GEPLANTE Produktion von Ammoniak ist im Vergleich zum heutigen Bedarf an Ammoniak NICHTS (um es wie sie auszudrücken). Und natürlich könnte man so einen Schwachsinn betreiben, dass grüner Ammoniak produziert, evtl. gar um die ganze Welt verschifft und dann daraus H2 herstellt wird, während am selben Ort aus Erdgas Wasserstoff und anschließend Ammoniak hergestellt wird. Das wäre aber unfassbar dumm und nur möglich durch komplett fehlleitende Subventionen.
South meint
@Maik. das Zauberwort heißt Artikel lesen und verstehen, Textverständnis. Bedeutet, du kannst tatsächlich den Inhalt des Artikels nicht verstehen und wiedergeben… es steht sogar oben im Text, witzigerweise sogar mit Mengenangaben, Bedarf und Beschreibung was sie mit H machen wollen … leider auch mit Zahlen …. ich wünsch dir viel Glück. :-)
South meint
@Maik. Erstens. Falls dir nicht schon mal aufgefallen ist, es geht hier um alternative Antriebe, meistens E Auto und zweitens, wenn das zu schwer sein sollte, dann schau dir mal wenigstens das Bild des Artikels an. Und Drittens. Wo steht bei mir, dass ich gegen das Abkommen bin und viertens, wo steht, das „Foren“ dagegen sind ?
South meint
Also jetzt echt keine bahnbrechende Studie, zumal sie meist nur andere Studien zusammengefasst haben. Aber alles in allem keine Überraschung:
In absehbarer Zukunft werden nur H oder E Fuels benutzt, wenn es entweder keine Alternative gibt, oder der Preis egal ist … und auf mittlere Sicht wird Wasserstoff nicht in nennenswerten Mengen zur Verfügung stehen…. und zuerst werden die Nutzer, die keine Alternative haben sich auf H oder E Fuels verwenden müssen…
In Kürze. Auf absehbare Zeit keine sinnvolle Alternative zum E Auto…