Pläne, Wasserstoff zu einem zentralen Energieträger für eine klimafreundliche Zukunft zu machen, erachtet Anthony Patt als falsch. Wir sollten fossile Energie wo immer möglich direkt durch erneuerbaren Strom ersetzen, vor allem im Verkehr und beim Heizen.
Kommentar von Prof. Anthony Patt, Professor für Klimaschutz und -anpassung an der ETH Zürich, Originalpublikation im Zukunftsblog der ETH Zürich
Um die Erderwärmung einzudämmen muss die Welt bis Mitte Jahrhundert aus der fossilen Energie aussteigen. Wir bewegen uns nun in die richtige Richtung. Nahezu alle neuen Investitionen im Energiesektor fliessen in erneuerbare Energiequellen. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) werden immer beliebter. Und die meisten neuen Gebäude heizen nicht fossil. Klar gibt es Hürden. Das alles muss schneller gehen, und es braucht eine konsequentere Klimapolitik. Was den Wandel aus meiner Sicht jedoch am stärksten gefährdet, kommt heute «getarnt» als Teil der Lösung daher: Wasserstoff.
Der falsche Hoffnungsträger
Wasserstoff ist wie Elektrizität ein Energieträger, keine Energiequelle. Man kann ihn auf drei Arten herstellen. Grauer Wasserstoff, der derzeit fast den gesamten Verbrauch ausmacht, wird aus Methan gewonnen, was erhebliche CO2– und unkontrollierte Methanemissionen verursacht. Blauer Wasserstoff ist wie grauer Wasserstoff, bei dem CO2 abgeschieden und gespeichert wird – doch aufgrund der Methanverluste (Methanschlupf) und der Prozessineffizienz emittiert blauer Wasserstoff immer noch mehr Treibhausgase als das Erdöl oder Erdgas, welches er ersetzen soll. Grüner Wasserstoff wird aus Wasser mittels Elektrolyse und erneuerbarem Strom produziert. Er verursacht keine direkten Emissionen und ist die einzige klimafreundliche Option. Das Problem mit grünem Wasserstoff ist jedoch, dass es in den meisten Fällen effizienter, kostengünstiger und ressourcenschonender ist, die erneuerbare Energie direkt zu nutzen. Für das Gesamtsystem sind diese Aspekte entscheidend.
Wettbewerbsfähig und vernünftig
Nehmen wir den Landverkehr. Heutige BEV sind bezüglich Kosten im Vergleich mit Benzin- und Dieselfahrzeugen wettbewerbsfähig und gewinnen schnell Marktanteile. Ihre Reichweite genügt für 99 Prozent aller Fahrten, und für die restlichen 1 Prozent bieten Schnellladegeräte entlang den Autobahnen zusätzliche Reichweiten von über 400 km in weniger als 30 Minuten – was etwa den Pausen entspricht, die Autofahrende ohnehin benötigen. Neue Studien zeigen, dass batterieelektrische Lastwagen nun auch auf langen Strecken wirtschaftlich werden und gleich gut funktionieren. Es gibt Bedenken wegen der umweltbelastenden Batterieproduktion; hier können und werden Konzepte der Kreislaufwirtschaft Abhilfe schaffen.
Die Grundinfrastruktur für das Aufladen von BEV – das Stromnetz – ist bereits vorhanden. Mit steigender Zahl an BEV auf den Strassen können wir gleichzeitig die erneuerbare Stromproduktion und das Netz an Ladestationen sukzessive ausbauen.
Ähnlich verhält es sich mit Wärmepumpen. Sie sind die effizienteste Art, mit erneuerbarer Energie zu heizen und sind in den Kosten konkurrenzfähig. Auch hier kann die Infrastruktur schrittweise mit dem steigenden Marktanteil der Wärmepumpen wachsen.
Ineffizient, teuer und langsam
Zum Wasserstoff. Ein Vorteil von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV) besteht darin, dass man sie schneller auftanken kann als BEV laden. Das fällt jedoch je länger je weniger ins Gewicht, weil Ladegeschwindigkeit und Reichweite von BEV kontinuierlich steigen. Ein wesentlicher Nachteil von FCEV ist, dass ihr Gesamtwirkungsgrad – von Strom zu grünem Wasserstoff, zurück zu Strom und aufs Rad – nur die Hälfte bis ein Drittel desjenigen von BEV beträgt. Der höhere Energieverbrauch macht FCEV deutlich teurer als BEV, Benzin oder Diesel.
Ausserdem braucht es eine neue Infrastruktur, um Wasserstoff zu verteilen und zu tanken. Diese müsste im Gegensatz zu BEV zuerst errichtet werden, bevor FCEV für den Massenmarkt geeignet wären.
«Trotz dieser Probleme gibt es viel politischen Enthusiasmus für Wasserstoff.»
Anthony Patt
Beim Heizen zeigt sich ein ähnliches Bild: Hier kommen zwar «wasserstofftaugliche» Heizkessel (Boiler) auf den Markt, die ein Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff verbrennen können. Reine Wasserstoffkessel, wie wir sie letztlich bräuchten, existieren noch nicht. Boiler bieten gegenüber Wärmepumpen kurzfristig den Vorteil, dass manche Gebäude weniger stark saniert werden müssen. Aber wie beim Verkehr gibt es gewichtige Nachteile. Heizen mit grünem Wasserstoff benötigt etwa sechsmal mehr erneuerbaren Strom als mit einer Wärmepumpe. Die Kosten fallen höher aus, da mehr Energie verbraucht wird. Zudem wäre parallel ein neues Verteilsystem für Wasserstoff erforderlich, um reine Wasserstoffkessel einzusetzen – und die bräuchten wir spätestens bis 2050.
Bei der Abkehr von fossilen Brennstoffen sehe ich den grössten Engpass darin, die erneuerbare Elektrizität schnell genug auszubauen. In der Schweiz wird aktuell zwar mehr Photovoltaik-Kapazität installiert als je zuvor – doch wir müssen diese Installationsraten noch vervierfachen, wollen wir bis 2050 den Bodenverkehr vollständig und das Heizen teilweise elektrifizieren. Setzt sich grüner Wasserstoff durch, muss der ohnehin schon ambitionierte Ausbau deutlich schneller erfolgen.
Der Hype um Wasserstoff
Trotz dieser Probleme gibt es viel politischen Enthusiasmus für Wasserstoff. Um es klar zu sagen: Natürlich gibt es Anwendungen, wo Wasserstoff die Dekarbonisierung unterstützen kann, etwa als saisonaler Energiespeicher, bei der Stahlproduktion oder als Zwischenschritt bei der Synthese nachhaltiger Flugzeugtreibstoffe (siehe ETH-News). Die derzeit diskutierten Pläne gehen jedoch weit darüber hinaus.
Zum Beispiel die Wasserstoffstrategie der EU: Sie will Wasserstoff zu einem zentralen Energieträger für Landverkehr und Wärme machen und sieht Milliarden an öffentlichen Mitteln für Forschung, Planung und den Bau der Infrastruktur vor. Die Schweizer Regierung hat keine derartigen Pläne fürs Heizen, aber einzelne Kantone haben signalisiert, dass sie den Ausbau der Infrastruktur für BEV und FCEV als gleichrangig betrachten. Aus wissenschaftlicher Sicht ergibt das keinen Sinn.
Was steckt dahinter?
Die beste Antwort, die ich finden kann: Das Wohlwollen gegenüber Wasserstoff scheint auf politische Einflussnahme zurückzuführen zu sein. Laut einem Bericht von Corporate Europe Observatory, einer Organisation, die den Einfluss von Firmen auf die EU-Politik untersucht, investiert die europäische Wasserstofflobby jährlich über 50 Millionen Euro in die Interessenarbeit. Gemessen an der Anzahl Treffen mit hochrangigen Mitgliedern der EU-Kommission übertrifft die Wasserstofflobby Umweltorganisationen fast um das Fünffache. Die Mittel kommen in erster Linie von fossilen Energiefirmen.
«Wasserstoff ist die letzte Überlebenschance für die Öl- und Gasindustrie – entsprechend spielen diese das politische Spiel. Sollten sie gewinnen, werden Umwelt und Gesellschaft verlieren.»
Anthony Patt
Für die Branche macht das Sinn, denn mit der Energiewende drohen Gas und Erdöl obsolet zu werden. Die Kernkompetenz der fossilen Energiewirtschaft liegt in der Verarbeitung, Lagerung und Lieferung von Kraftstoffen über Pipelines und Verkaufsstellen an die Kunden. Eine Priorisierung von Wasserstoff würde die Energiewende verlangsamen und die Lebensdauer der fossilen Assets verlängern. Steigt die Nachfrage nach Wasserstoff schneller als die Produktion von grünem Wasserstoff decken kann, würde grauer oder blauer Wasserstoff aus Erdgas verwendet.
Forschende schlagen Alarm
Ich bin nicht der Einzige, der besorgt ist. Einer der führenden Analysten für den Energiesektor und Cleantech, Michael Liebreich, vermutete bereits, dass die Ölindustrie Lobbyarbeit für Wasserstoff betreibt, «um die Elektrifizierung zu verzögern». Britische Forschende wandten sich unlängst in einem offenen Brief an ihre Regierung und äusserten tiefes Bedenken wegen ähnlicher Pläne mit Wasserstoff.
Nochmal: In bestimmten Bereichen kann grüner Wasserstoff sehr wohl zur Energiewende beitragen. Aber für Bodenverkehr und Wärme, die zusammen den Löwenanteil des fossilen Energieverbrauchs ausmachen, ist Wasserstoff eine denkbar schlechte Idee. Es ist die letzte Überlebenschance für die Öl- und Gasindustrie, und entsprechend spielen diese das politische Spiel.
Sollten sie gewinnen, wird sich der Übergang zu sauberer Energie verzögern. Wir werden mehr Treibhausgase ausstossen. Mehr Land und Ressourcen verbrauchen. Und es wird mehr kosten. Die Umwelt und die Gesellschaft würden verlieren.
Vielleicht hat Herr Patt recht, ich denke aber eher nicht:
er blendet die Hauptfunktion des grünen Wasserstoffes aus: seine Speicherfähigkeit.
Stellen wir uns vor: ein neues, sehr gut isoliertes Haus mit sehr grosser PV-Anlage und passender Batterie sowie Elektrolyseur, H2-Speicher, Brennstoffzelle und H2-Auto.
Wenn die Sonne scheint wird wie gewohnt zuerst der aktuelle Bedarf gedeckt, dann die Batterie als Kurzzeitspeicher für die Nacht (Nächte?) geladen. Dann startet der Elektrolyseur mit der Wasserstoffproduktion, die Abwärme wird für das warme Wasser genutzt. (Auch sinnvoll bei Sporthallen u.s.w.). Der Wasserstoff wird gespeichert und bei Bedarf getankt. Der restliche Wasserstoff kann, egal in Gastanks oder in Metallhydrid, als saisonaler Speicher genutzt werden. Sprich ende Herbst oder anfangs Winter bei Nebellage wird nebst dem wenigen direkt produzierten Strom die Batterie geleert, anschliessend startet die Brennstoffzelle die Stromproduktion und lädt nebst dem aktuellen Bedarf, die Batterie.
Alles dezentral, der ganze Eigenbedarf ist abgedeckt. Man rechne, was das kosten darf: 20 Jahre keine Heizkosten, keine Stromkosten und keine Benzin-/Dieselkosten….
und falls die Wärmedämmung nicht so gut ist wie gewünscht noch ein kleines Cheminee (oder Kamin für D) und die Energieautarkie ist erreicht.
Der Artikel bezieht sich auf die Verwendung von Wasserstoff zur Verwendung «für Bodenverkehr und Wärme», und ich verstehe ihn im Bezug auf die Pläne von Politikern der EU (ganz vorne dabei waren u.a. Herr Altmaier und Herr Scheuer) Wasserstoff im großen Stil zu importieren, aus sonnenreichen Ländern des nahen Ostens (jene die uns heute mit Öl beliefern). Beteiligte Firmen in diesem Szenario sind z.B RWE, diverse Energieversorger.
Hierbei geht es darum H2 z.B. per Methanisierung als Erdgasersatz zu nutzen, und im großen Stil H2-Fahrzeuge auf die Straße zu bringen.
Die Speicherfähigkeit von H2 dürfte Professor Patt bekannt sein, denke ich, und es wird hier ja auch auf die Vorzüge z.B. bei der Betankung eingegangen.
Das Problem bei den H2-Varianten ist einfach die Effizienz über die gesamte Produktions-Endnutzungskette:
E-Auto: Strom>Aufladung(Fahrzeugakku)>Motor
Wirkungsgrad real: 80-90% über alles, heute.
Strom>Wasserstoff>Komprimierung>Betankung, H2>Strom>Bewegung
Wirkungsgrad ideal(!), in erhoffter Zukunft: ca.42%. Wenn Sie z.B die Kompression auf die notwendigen 700bar für das Fahrzeug einrechnen, so müssen z.B. noch ca. 5% abgezogen werden, real sind zur Zeit wohl etwa 25-30% zu erreichen.
Das heißt für ein H2-Auto braucht man eben mehr als das doppelte an Energie als für den reinen Akkufahrer, und dieser Mehraufwand muss eingerechnet werden.
Sie haben natürlich völlig Recht damit wie gut sich H2 für diverse Zwecke eignet! Man muss halt abwägen in welchen Bereichen es Sinn macht, bzw. sogar alternativlos ist.
Es gibt hierzu z.B. die «Liebreich-Ladder», eine Graphik in Analogie zu den bekannten Energie-Labels, sie ist u.a. auf dieser Seite unten aufgeführt und m.A nach recht aufschlußreich:
https://www.energie-experten.org/energie-sparen/energieverbrauch/energietraeger/wasserstoff
Für Ihre private Inselanlage für die Heizung wäre es natürlich eine verlockende Idee, da H2 ja praktisch unendlich lange lagerfähig ist, und das wäre ja auch klimaneutral. Aber auch hier muss man halt den Mehraufwand und auch Kosten für Druckbehählter, Kompression, Elektrolyse etc einrechnen, und nebenbei kommt man eben schnell auf ein deutlich größere notwendige Solarfläche. Im anderen Fall, per Akkuspeicher ist die Handhabung entsprechend deutlich einfacher, die Speicherverluste über alles zwar geringer, doch der Akku wird nicht ewig halten.
Ich bin selbst übrigens seit einiger Zeit mit derartiger Planung beschäftigt, vor einiger Zeit hielt ich selbst H2 für eine tolle Variante. In der Praxis zeigt sich dann das allein schon die Wartungskosten/Tüv-Bedingungen H2 eher unattraktiv machen.
Mit vielem einverstanden, aber Patt macht sich die Erklärung, wieso nicht Elektro-LKW, sondern LNG/CNG und Wasserstoffantriebe entwickelt werden, zu einfach mit der Lobby-Geschichte. Es ist falsch, dass «Neue Studien zeigen, dass batterieelektrische Lastwagen nun auch auf langen Strecken wirtschaftlich werden und gleich gut funktionieren.» Im Transportgewerbe zählt Geld und Tonne. Die gesetzlichen Begrenzungen führen zu einer reduzierten Tranportkapazität von mehreren Gewichtstonnen aufgrund der Batterien, die Ladezeit alle 4-5 h verkürzen die mögliche Reichweite eines Chauffeurs. Noch krasser ist die Hochseeschifffahrt. Dort sind nur hochkonzentrierte Treibstoffe angesagt, weshalb sich LNG Antriebe durchsetzen werden. Beide Branchen sind die wesentlichen Treiber in der Entwicklung von neuer Ladeinfrastruktur und Antrieben.