Dokumentation der Online-Konferenz „Synergiewende mit grünem Wasserstoff“ am Montag, 30. November 2020 und Dienstag, 1. Dezember 2020.
Sektorenkopplung stellt ein vielversprechendes Prinzip dar, um die Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität intelligent miteinander zu verbinden. Ziel ist es, den Einsatz Erneuerbarer Energien zu erhöhen und die Energieversorgung damit möglichst vollständig zu defossilisieren.
Grüner Wasserstoff als vielfältig einsetzbarer Energieträger und ein Schlüsselelement der Energiewende gewinnt zunehmend an Bedeutung. Insbesondere Niedersachsen besitzt ein hohes Potential für dessen Erzeugung mithilfe von Windkraft. Neben Erneuerbaren Energien (EE) und Energieeffizienz wird grüner Wasserstoff die dritte Säule der Energiewende werden. Er ermöglicht es, CO2-Emissionen vor allem im Industrie- und Verkehrssektor dort einzusparen, wo Alternativen wie Effizienzsteigerungen und die direkte Nutzung von Strom aus EE nicht oder nur unzureichend möglich sind.
Staatssekretär Frank Doods ging einleitend auf die Klimaschutzziele des Landes Niedersachsens ein: Unter anderem möchte das Bundesland bis 2050 klimaneutral werden, bis 2040 soll der Energiebedarf bilanziell vollständig aus EE gedeckt werden. Damit die Ziele erreicht werden können, ist auch der Einsatz von grünem Wasserstoff im industriellen Maßstab essentiell.
Einen positiven Einfluss auf den Markthochlauf von grünem Wasserstoff haben die geografische Lage von Niedersachsen und die vorhandene energiewirtschaftliche Infrastruktur: So liegt der EE-Anteil am Bruttostromverbrauch bei fast 90 Prozent und durch den weiteren Ausbau von Offshore-Windkraft wird das Potential weiter steigen. Weiterhin förderlich sind Strukturen wie das niedersächsische Wasserstoffnetzwerk, welches im Juli 2020 gegründet wurde.
Des Weiteren erklärte der Staatssekretär, dass sich Niedersachsen für die Anpassung der regulatorischen Rahmenbedingungen auf Bundesebene einsetzt, um den Einsatz von Sektorenkopplungstechnologien wie den grünen Wasserstoff zu befördern. Bisher hemme die Regulatorik den Markthochlauf. In diesem Kontext wurden mehrere nötige gesetzliche Anpassungen genannt: die Schaffung eines Wasserstoffinfrastrukturgesetzes, welches den bewährten Regulierungsrahmen auf das Thema Wasserstoff anpasst und die Überarbeitung des Energiewirtschaftsgesetzes, der Gasnetzzugangsverordnung sowie der Strombinnenmarktrichtlinie.
Neben den regulatorischen Änderungen müssen zudem Absatzmärkte für grünen Wasserstoff und seine Folgeprodukte (zum Beispiel synthetische Kraftstoffe) geschaffen und eine eindeutige Klassifizierung und Zertifizierung ermöglicht werden. Zudem hat die Anrechnung von CO2-Vermeidungskosten beim in den Verkehr bringen von Folgeprodukten eine hohe Relevanz für den Markthochlauf.
Potentiale des grünen Wasserstoffs für die Wertschöpfung in der Energiewende
Grüner Wasserstoff bietet laut Staatssekretär Doods die größten Potentiale für die angestrebte Klimaneutralität im Industriebereich. Konkret benannt wurden Chemieindustrie, Raffinerien und die Stahlproduktion. Der Einsatz von grünem Wasserstoff im Verkehrssektor ist dort sinnvoll, wo ein batterieelektrischer Betrieb nicht möglich ist, unter anderem im Flugverkehr und bei Fahrzeugen mit hohen Lasten. Grüner Wasserstoff leistet dem Staatssekretär zufolge nicht nur ein Beitrag zur angestrebten Klimaneutralität, sondern auch zur regionalen Wertschöpfung und damit zu einem einhergehenden wirtschaftlichen Wachstum. Grund dafür ist eine breite Wertschöpfungskette, die beispielsweise von der Elektrolyse bis hin zu Wasserstofftankstellen und Energieunternehmen reicht.
Frau Dr. Zapreva sieht neben dem Industrie- und Verkehrssektor auch im Wärmebereich Potentiale für den Einsatz von grünem Wasserstoff. Enercity sammelt als kommunales Energieversorgungsunternehmen zurzeit Erfahrungen mit der Technologie im Kontext eines Pilotprojekts zur Beimischung von Wasserstoff in das Gasnetz. Allerdings investiere das Unternehmen bisher nicht in grünen Wasserstoff, da die derzeitigen regulatorischen Rahmenbedingungen keinen wirtschaftlichen Betrieb erlauben.
Erneuerbare Energien als Basis für grünen Wasserstoff
Die Produktion von grünem Wasserstoff ist auf EE angewiesen. Der Ausbau ist deshalb eine wichtige Komponente für den Markthochlauf der Technologie. Dieser ist jedoch insbesondere bei der Windenergie durch Akzeptanzprobleme und naturschutzrechtliche Einwände ins Stocken geraten. Staatssekretär Doods verwies diesbezüglich darauf, dass eine geplante Standardisierung im Artenschutz den naturschutzrechtlichen Konflikt aufweichen könnte. Zudem sei es laut ihm wichtig, auch die Potentiale anderer EE wie beispielsweise die Photovoltaik zu nutzen.
Anpassung des regulatorischen Rahmens
Um die Potentiale nutzen zu können, ist laut Staatssekretär Doods und Frau Dr. Zapreva eine Anpassung der regulatorischen Rahmenbedingungen notwendig. Bisherige Projekte ohne Förderung sind laut Frau Dr. Zapreva nicht wirtschaftlich umsetzbar, weshalb eine EEG-Umlagebefreiung für die grüne Wasserstoffelektrolyse nötig ist. Staatssekretär Doods ist optimistisch, dass eine Anpassung des gesetzlichen Rahmens bald erfolgt.
Der wissenschaftliche Input von Prof. Dr.-Ing. Hanke-Rauschenbach beleuchtete die Möglichkeiten zur Defossilisierung in den Bereichen Mobilität, Chemie- und Schwerindustrie sowie Wärme und verdeutlichte die Rolle von Wasserstoff in diesen Kontexten. Hintergrund ist eine notwendige Treibhausgasemissionsminderung um 95 Prozent bis 2050.
Der Verkehrssektor: batterieelektrische Mobilität bietet den höchsten Kettenwirkungsgrad
Für den Mobilitätssektor wurden insbesondere die batterieelektrische, die Wasserstoff-Mobilität sowie der Einsatz von synthetischen Kraftstoffen als Defossilierungsoptionen benannt. Vergleicht man diese miteinander, weist die batterieelektrische Mobilität den höchsten und besten Kettenwirkungsgrad von 85 bis 90 Prozent auf. Nachteilig könne sich die eingeschränkte Option für schwere Nutzfahrzeuge und große Reichweiten auswirken. Um den Klimavorteil von Batteriefahrzeugen weiter zu verbessern, wurde ausdrücklich auf die Notwendigkeit des EE-Ausbaus verwiesen: Je höher der Anteil der EE im Strommix, desto geringer die CO2-Emissionen dieser Fahrzeuge.
Im Gegensatz zur Elektromobilität hat die Wasserstoffmobilität auf Basis von erneuerbarem Strom zwar weniger starke Komforteinschränkungen – beispielsweise ist die Reichweite mit einem Verbrennerauto zu vergleichen – aber sie weist nur einen Kettenwirkungsgrad von unter 50 Prozent auf. Der Einsatz synthetischer Kraftstoffe bringt einen noch geringeren Kettenwirkungsgrad mit sich. Deshalb sind die synthetischen Kraftstoffe nur in den Verkehrsbereichen einzusetzen, die nicht batterieelektrisch abgedeckt werden können. Hier sind Flug- und Seefahrt zu nennen.
Problematik geringer Kettenwirkungsgraden
Geringe Kettenwirkungsgrade sind vor dem Hintergrund problematisch, dass EE nicht unbegrenzt zur Verfügung stehen und ein Vielfaches an Erzeugungsfläche nötig wäre, um den Energiebedarf zu decken. Es gilt also, Energie effizient einzusetzen. Ob Batteriefahrzeuge oder Wasserstoff für die Mobilität eingesetzt werden soll, hänge laut Prof. Dr.-Ing. Hanke-Rauschenbach von dem Gewicht des jeweiligen Verkehrsmittels und der zurückzulegenden Distanz ab. Für den Individualverkehr sei der Einsatz von Batteriefahrzeugen relevant, für Schwerlastfahrzeuge könne Wasserstoff eine Alternative sein. Aufgrund von technologischen Fortschritten bei der Batterieentwicklung ist jedoch davon auszugehen, dass sich der Einsatzbereich der batterieelektrischen Mobilität weiter vergrößern wird.
Hohes Potential von grünem Wasserstoff in der Industrie
Im Bereich der chemischen und der Schwer-Industrie wird der Einsatz von grünem Wasserstoff eine große Rolle spielen, da die chemische Wertschöpfungskette auf den Rohstoff Wasserstoff angewiesen ist. Zum einen kann der grüne Wasserstoff direkt eingesetzt werden, beispielsweise in Raffinerien oder für die Ammoniak-/Methanol-Synthese. Zum anderen können bestehende Prozessrouten um die Einbindung von grünem Wasserstoff ergänzt werden, beispielsweise in der Stahlherstellung. Anstelle der Verwendung von Koks kann dort Wasserstoff eingesetzt werden.
Der Wärmesektor: Wärmepumpen mit höchsten Kettenwirkungsgraden
Innerhalb des Wärmesektors weist die Wärmepumpe die besten Kettenwirkungsgrade auf. Die Wärmepumpe erreicht im Durchschnitt einen Wirkungsgrad von etwa 300 Prozent. Möglich wird dies durch Umgebungsenergie, welche die Wärmepumpe zur Wärmeerzeugung aufnehmen kann. Hürden für den Einsatz von Wärmepumpen werden in der Notwendigkeit gedämmter Häuser gesehen. Der Einsatz von Wasserstoff ist aufgrund des schlechten Kettenwirkungsgrads von 60 Prozent und der Flächenproblematik in diesem Sektor kritisch zu bewerten.
Es wurde aufgezeigt, dass Wärmepumpen und Batteriefahrzeuge, bezogen auf ihre Grenzkosten, die stärkste Hebelwirkung auf eine angestrebte CO2-Minderung von 95 Prozent bis 2050 haben. Diese Technologien spielen deshalb eine prominente Rolle für die Wärme- und Verkehrswende. Wasserstoff weist nur eine geringe Hebelwirkung auf, weshalb dessen Einsatz erst im zukünftigen Energiesystem relevant sein wird. Dennoch könne es sinnvoll sein, die Wasserstofftechnologie weiterzuentwickeln, insbesondere mit Blick auf die Chemieindustrie, welche auf grünen Wasserstoff angewiesen sein wird.
Der Vortrag wurde aufgezeichnet und kann hier angeschaut werden: https://www.youtube.com/watch?v=qr5ulA-Q60w
Praxisbeispiel 1: CO2NVERSION – Für eine klimaneutrale Transformation der Chemieindustrie – Detlev Wösten, H&R GmbH & Co. KGaA (siehe Präsentation)
Das Ziel des Reallabors CO2NVERSION ist die nachhaltige Transformation der Chemieindustrie hin zur Klimaneutralität. Der Ansatz ist dabei, EE wie Wind, Wasser und Solar für die Produktion von grünem Wasserstoff einzusetzen, um daraus synthetische Produkte herzustellen.
Die Herstellung der synthetischen Produkte, beispielsweise Holzwerkstoffe, Schmierstoffe und pharmazeutisch/medizinische Produkte, basiert dabei auf Kohlenstoffen und Wasserstoff. Das Projekt zielt darauf ab, diese zwei Stoffe aus nachhaltigen Quellen zu gewinnen. Zum einen soll CO2 aus biogenem Ursprung erschlossen werden, um über Syntheseprozesse Kohlenwasserstoffe zu generieren. Konkret geschieht die CO2-Gewinnung aus Rauchgasen einer Müllverbrennungsanlage mit biogenem Anteil. Zum anderen soll der eingesetzte Wasserstoff aus EE stammen und damit grün sein.
Eingebunden ist CO2NVERSION in die Infrastruktur der H2-Region Emsland, wodurch eine synergetische Sektorenkopplung ermöglicht wird. Neben der Industrie sind die Bereiche Elektrolyse, Kraftwerke, Raffinerien, Gasspeicher sowie Gas- und Stromnetze Teil dieser Infrastruktur. Damit zeigen sich gute Rahmenbedingungen für die erfolgreiche Umsetzung des Projekts.
Praxisbeispiel 2: „GET H2 Nukleus: umfangreiche CO2-Einsparungen im Industriesektor durch erstes öffentlich zugängliches Wasserstoffnetz“ – Lisa Willnauer, RWE Generation SE und Frank Heunemann, Nowega GmbH (siehe Präsentation)
Das Projekt GET H2 Nukleus ist ebenfalls Teil der H2-Region Emsland und zielt auf das erste öffentlich zugängliche Wasserstoffnetz in Deutschland ab, um die CO2-Emissionen in der Industrie zu reduzieren. Bestandteile dieses Systems sind eine großskalige Elektrolyseanlage mit 100 MW, die Wasserstoff aus erneuerbarem Strom herstellt. Dieser grüne Wasserstoff soll anschließend über ein Wasserstoffnetz zu Chemieparks und Raffinerien in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen transportiert werden. Dazu sollen die bestehenden Gasleitungen umgestellt und ein Teilneubau veranlasst werden.
Die Elektrolyse geschieht dabei am Standort des Kraftwerks in Lingen, was einen großen Vorteil mit sich bringe: die Anbindung an das Strom- und Gasnetz, die unmittelbare Nähe zur Anlandestation der Offshore-Energie und die Möglichkeit, bereits vorhandene Infrastrukturen des Kraftwerks wie die Wasseraufbereitung zu nutzen. Das 130 Kilometer lange Netz ermöglicht den Transport des Wasserstoffs zu den industriellen Abnehmern und ist öffentlich zugänglich. Dies erlaubt die Einbindung weiterer Wasserstofferzeuger und –verbraucher.
Zudem wurden Anpassungen des regulatorischen Rahmens benannt, die für die Projektrealisation notwendig seien. Für die Erzeugungsseite wurde beispielsweise konstatiert, dass die Produktion von grünem Wasserstoff in einem großtechnischen Maßstab bislang nicht möglich sei.
Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz – Niedersächsisches Wasserstoff-Netzwerk, Michael Capota
Das Niedersächsische Wasserstoff-Netzwerk wurde im Juli 2020 gegründet mit dem Ziel, zentraler Ansprechpartner im Bereich Wasserstoff zu sein. Die Aufgaben des Netzwerkes sind unter anderem die Vernetzung der niedersächsischen Akteur*innen, die Förderung des fachlichen Austauschs, Projektbegleitungen und die inhaltliche Kommunikation der Inhalte an die Bevölkerung.
Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW GmbH) – HyLand-Förderung von Wasserstoffregionen, Philipp Braunsdorf
Die 2018 gegründete Initiative HyLand hat das Ziel, die Regionen zum Thema Wasserstoff und Mobilität zu sensibilisieren. 25 Regionen erhalten je nach vorhandenen Kenntnissen und Erfahrungen im Bereich Wasserstoff Förderung und Unterstützung. Dies umfasst die gesamte Wertschöpfungskette: von der Wasserstoffproduktion, hin zur Infrastruktur und die Brennstoffzellenanwendungen. Die nächste Förderrunde startet im Jahr 2021. Interessierte Regionen können sich dafür nächstes Jahr bewerben.
Investitions- und Förderbank Niedersachsen (NBank) – Neue Förderung in Niedersachsen: Wasserstoffrichtlinie, Martin Herrmann
Die niedersächsische Wasserstoffrichtlinie ist im September 2020 in Kraft getreten und ist in zwei Gruppen aufgeteilt: einerseits die Förderung von Pilot- und Demonstrationsvorhaben, die kurz vor der Anwendung stehen, andererseits Investitionen im Bereich Wasserstoff, welche die Erzeugung, Speicherung und Weiterverarbeitung von grünem Wasserstoff abdecken. Gefördert werden Unternehmen, juristische Personen des öffentlichen Rechts und Forschungseinrichtungen.
JA Gastechnology GmbH – Innovative Wasserstoff-Betankungen, Jens Asmuth
Das Unternehmen JA Gastechnology GmbH bietet Wasserstoff-Betankungen, das heißt Tankstellen für Busse, LKWs und PKWs an. Die Betankungsprozesse sind mit den herkömmlichen Fahrzeugbetankungen zu vergleichen.
Aspens GmbH – Systeme und Lösungen zur Produktion und für den Einsatz grünen Wasserstoffs, Simon Pauli
Die Aspens GmbH betrachtet die komplette Wertschöpfungskette bezogen auf grünen Wasserstoff und bietet unter anderem Anlagen zur Produktion von grünem Wasserstoff sowie zu dessen Nachbehandlung an.
TÜV SÜD Industrie Service GmbH – Zertifizierung von grünem Wasserstoff, Klaus Nürnberger
Die TÜV SÜD Industrie Service GmbH ermöglicht seit 2011 eine Zertifizierung einer Vielzahl von Leistungen im Bereich Klima und Energie, unter anderem auch die von grünem Wasserstoff. Es existieren zudem speziell Zertifizierungen für den Bereich der erneuerbaren Chemie.
Energie-Forschungszentrum Niedersachsen – EFZN-Forschungsverbund Wasserstoff Niedersachsen, Dr. Knut Kappenberg
Der EFZN-Forschungsverbund Wasserstoff Niedersachsen arbeitet zu verschiedenen Themen im Bereich Wasserstoff. Zu nennen sind beispielsweise die Forschungsbereiche Wasserstoffbereitstellung mittels Wasserelektrolyse, die Speicherung von Wasserstoff im Untergrund und die Energiesystemanalyse mit besonderem Schwerpunkt auf Wasserstoff. Das Energie-Forschungszentrum Niedersachsen ist ein gemeinsames wissenschaftliches Zentrum der Universitäten Braunschweig, Clausthal, Göttingen, Hannover und Oldenburg.
Fraunhofer IST – Wasserstoff-Campus Salzgitter, Stefan Blume, M. Sc.
Der Wasserstoff-Campus Salzgitter, ein Zusammenschluss mit regionalen Akteur*innen aus der Industrie zur Bündelung der Expertise, strebt eine nachhaltige Stärkung der Region Salzgitter an und betrachtet dazu die komplette Wasserstoff-Wertschöpfungskette. Relevante Bausteine sind die Qualifizierung, das heißt die Weiterbildung künftiger Mitarbeitenden im Bereich Wasserstoffwirtschaft und die Schaffung eines Informationszentrums für die Bevölkerung, die Schaffung einer attraktiven Region für Unternehmen im Bereich Wasserstoff und die Umsetzung von konkreten Infrastruktur-Projekten.
