Energiewende: Eine realistische Zukunft für Wasserstoff und E-Fuels

Kritik an Wasserstoff ist sehr oft gerechtfertigt, aber eine Studie der Scientists for Future geht zu weit und schadet damit der Energiewende.

24. Mai 2024 um 12:30 Uhr / Ein IMHO von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Wasserstoff wird für die Energiewende auf jeden Fall gebraucht. Bild: VALENTIN BONTEMPS/AFP via Getty Images)

Wasserstoff und E-Fuels geraten als Treibstoffe für die Energiewende immer wieder in die Kritik - und zwar zurecht, vor allem für Pkw. Akkus sind durch hohe Effizienz, hohe Leistung und immer niedrigere Kosten zur überlegenen Technik geworden, wie das reihenweise Scheitern hochsubventionierter Wasserstoffprojekte zeigt. Aber nicht jede Kritik an Wasserstoffplänen ist gerechtfertigt, insbesondere wenn sie die Realität schlechter darstellt als sie ist.

Fakt ist: Wir brauchen Wasserstoff und zwar im Maßstab vieler Millionen Tonnen. Allein der weltweite Bedarf an Wasserstoff zur Herstellung von rund 170 Millionen Tonnen Ammoniak beträgt 30 Millionen Tonnen. Wasserstoff ist außerdem ein Grundelement der organischen Chemie und kann auch Kohle in der Eisenverhüttung ersetzen. Bislang fehlen dafür vor allem Kapazitäten für Stromerzeugung, flexible Elektrolyse, Speicherung und Transport des Wasserstoffs.

E-Fuels sind Wasserstoffverbindungen wie Ammoniak, Methan oder Methanol, die leichter als Wasserstoff zu lagern und transportieren sind und auch herkömmliche Turbinen und Verbrennungsmotoren antreiben können. Die Herstellung verbraucht aber noch mehr Energie als Wasserstoff. In Autos geht bei der Nutzung von E-Fuels rund 75 Prozent der Energie verloren, mit Akkus sind es nur etwa 10 Prozent.

In China kosten die günstigsten Lithium-Ionen-Akkuzellen derzeit umgerechnet 43 Euro/kWh. Davon dürften Lithium, Kupfer und Graphit zusammen rund 15 Euro/kWh ausmachen. Bis 2035 werden die Preise mit Natrium-Ionen-Akkus, die ohne diese Materialien auskommen, wohl auf 20 Euro/kWh, wenn nicht noch tiefer, sinken. Die Frage nach dem Autoantrieb der Zukunft ist damit längst entschieden.

Wasserstoff wird nicht nur für E-Fuels gebraucht

Im Streit um die Zukunft der Automobilität geht die Notwendigkeit des Wasserstoffs völlig verloren. In der Wasserstofffrage streiten vor allem Akteure aus zwei Lagern. Das eine Lager besteht aus diversen Lobbyistenverbänden, die entweder noch immer der Vorstellung von der Wasserstoffwirtschaft aus dem vergangenen Jahrhundert anhängen oder mit aus Wasserstoff hergestellten E-Fuels ihr bestehendes Geschäft mit Verbrennungsmotoren möglichst unverändert weiter betreiben wollen.

Das andere Lager besteht aus Umweltverbänden, etwa Scientists for Future. Die brachten eine neue Studie für das Jahr 2035 heraus, in der die Kosten von E-Fuels untersucht und mit akkubetriebenen Elektroautos verglichen werden. Aber um Wasserstoff und E-Fuels schlecht aussehen zu lassen, müssen ausgerechnet die Scientists for Future übertrieben pessimistische Annahmen zu den Kosten der erneuerbaren Energien machen, damit die E-Fuels am Ende der Studie keinesfalls zu billig sind.

Photovoltaik wird teurer dargestellt, als sie ist

Die Studie nimmt an, dass Photovoltaik Gesamtkosten von 700 Euro/kW(peak) verursache. Aber das sind Preise von 2022, nicht von 2035. Für das Jahr 2035, und eigentlich auch schon für 2024, sind diese Kosten weit übertrieben. Solarzellen kosten heute, nach einer Preisspitze durch die hohe Nachfrage im Jahr 2022 in Folge der Energiekrise nach Russlands Überfall auf die Ukraine, nur noch rund 50 Euro/kW. Die Preise kompletter Solarmodule aus China liegen damit teilweise bereits unter 100 Euro/kW. Das allein sind 200 Euro weniger als im Jahr 2022.

Solarkraftwerke mit Gesamtkosten von 500 Euro/kW sind heute längst realistisch. Dabei stehen immer noch neue Techniken unmittelbar vor der Einführung, die den Verbrauch an Silizium durch dünnere Wafer mehr als halbieren und den Silberverbrauch um bis zu 80 Prozent senken sollen. Damit werden die Preise nachhaltig niedrig bleiben. Nun müssen die Installationskosten durch weitere Optimierung der Technik reduziert werden. Vor allem die dabei nötige Handarbeit macht einen großen Teil der Kosten aus. Automatisierung, bessere Modulkonstruktion oder einfachere Installationsmethoden können die Kosten noch weiter senken.

Keine andere Energiequelle kann derart niedrige Kosten erreichen wie Solarzellen. Mit ihnen fallen keine Brennstoffkosten an und ohne mechanische Teile ist der Wartungsaufwand gering. Bei Windturbinen und erst recht bei herkömmlichen Kraftwerken ist das anders. Inzwischen sind Energiekosten unter 2ct/kWh möglich, besonders in den Wüsten Afrikas, Arabiens und Australiens.

Transport ist günstiger als behauptet

Auch in Deutschland wird der größte Teil der Energie in Zukunft mit Photovoltaik erzeugt werden. Schon jetzt werden damit hierzulande, besonders im Sommer, große Strommengen zu niedrigen oder gar negativen Preisen erzeugt. Diese können zur Wasserstoffproduktion genutzt werden. Der Wasserstoff muss dann gespeichert oder sofort in eine für die Chemie nützlichere Form wie Ammoniak umgewandelt werden. Egal, ob der Wasserstoff oder daraus hergestelltes Ammoniak dann als E-Fuel oder zur Düngerherstellung dient: Es wird gebraucht.

Die Erzeugung von Wasserstoff wird in Ländern mit mehr Sonnenschein und unbewohnten Wüsten natürlich deutlich günstiger als in Deutschland sein. Die Scientists for Future tun das jedoch mit unrealistischen Worst-Case-Szenarien ab, wie dem Transport von ständig gekühltem, flüssigen Wasserstoff bei -253 Grad Celsius aus Saudi-Arabien oder Australien nach Europa. Der viel sinnvollere und billigere Transport von bereits fertigem Ammoniak oder E-Fuels aus dem viel näheren Nordafrika wird hingegen mit Verweis auf politische Instabilität und weiteren Hinweisen auf Transportkosten abgelehnt.

Aber selbst aus dem politisch stabilen und sonnenreichen Australien würde der Transport von E-Fuels wie Methanol oder Ammoniak nur 3,3 Prozent der Gesamtkosten ausmachen, wie eine Studie des Fraunhofer Instituts zeigt, die von den Scientists for Future als Quelle angegeben wird. Große Tankschiffe sind ein äußerst effizientes Transportmittel. Hier haben die Wissenschaftler offenbar ihre eigene Quelle nicht gelesen.

Der Strom für Wasserstoff kann unter 1 Euro/kg kosten

Genaue Kostenangaben sind für 2035 wegen der vielen Annahmen kaum machbar. Klar ist aber, dass sowohl die Kosten der Wasserstoffherstellung als auch die Kosten der dafür notwendigen Stromerzeugung mit dem weiteren Ausbau der Strom- und Wasserstofferzeugung sinken werden. Deshalb ist es unseriös, Kosten aus den Jahren 2022/23 zu nutzen, um Preise für das Jahr 2035 zu berechnen. Kostensenkungen durch sogenannte Skaleneffekte lassen sich überall in den schnell wachsenden erneuerbaren Energien beobachten, nicht nur bei Akkus und Solarzellen.

Einfache Elektrolysatoren zur Wasserstoffherstellung, ohne Edelmetalle, kosten im Jahr 2024 in China etwas mehr als 300 Euro/kW. Die Scientists for Future gehen von 700 Euro/kW aus - für das Jahr 2035! Jede seriöse Abschätzung muss im Jahr 2035 von Kosten deutlich unter den heutigen 300 Euro/kW ausgehen, denn die Herstellung von Elektrolysatoren ist noch ganz am Anfang des Wachstums und der damit verbundenen Kostenreduzierung.

Die Wasserstofferzeugung benötigt, je nach Technik, mehr als 40 kWh pro kg, meistens deutlich über 50 kWh. Dennoch kann der reine Stromanteil der Wasserstoffkosten durchaus unter 1 Euro/kg liegen, gerade wenn der Strom mit Photovoltaik in der Wüste für weniger als 2ct/kWh erzeugt wird. Der Rest hängt von den Bau- und Betriebskosten der restlichen Anlagen ab, die für das Jahr 2035 noch nicht vollkommen absehbar sind.

Erst Wasserstoff herstellen, dann streiten

Bei der Stromerzeugung aus Wasserstoff bleiben im besten Fall mehr als 20 kWh übrig, oft aber deutlich weniger - besonders, wenn der Wasserstoff zu E-Fuels wie Ammoniak, Methan oder Methanol weiterverarbeitet wurde. Wirklich billig wird die Stromgewinnung daraus nicht sein, aber bezahlbar. Vor allem wird sie nötig sein, um saisonale Energiespeicherung zu ermöglichen und die deutlich reduzierte Energieerzeugung in der Wintersaison zu überbrücken.

Aus dem Bestreben, E-Fuels mit falschen Angaben möglichst teuer aussehen zu lassen, folgt unvermeidlich, dass die dringend nötige saisonale Stromspeicherung genauso falsch und teuer aussieht. So schaden die Scientists for Future der Energiewende.

Dabei ist die Zeit für Debatten um E-Fuels zur Energiespeicherung noch gar nicht gekommen. 30 Millionen Tonnen Wasserstoff werden allein für Ammoniak in der Chemie gebraucht und müssen hergestellt werden. Wenn das in nennenswerten Mengen geschieht, ist der Zeitpunkt für Debatten um E-Fuels und Wasserstoff als Energieträger da - und zwar ganz langweilig mit echten Kostenangaben, ohne jede Spekulation auf die Zukunft, mit einer Tabellenkalkulation der Wahl.

Dann kann seriös anhand echter Kosten abgewogen werden, welche Flugzeuge und welche Schiffe mit Akku und welche weiterhin mit Brennstoffen betrieben werden sollten, und wie viel Wasserstoff in welcher Form für Energiespeicherung benötigt wird. Denn bis es so weit ist, wird sich durch höhere Energiedichte und niedrigere Kosten auch das Anwendungsgebiet der Akkutechnik verschieben, was alle heutigen Prognosen um so schwieriger macht.

Wer sauber argumentiert, hat keine Angst vor Gegenargumenten

Es gibt bei der Strategie "einfach Wasserstoff herstellen und abwarten, wie es läuft" auch für die Umwelt keinen Nachteil. Ammoniak wird derzeit aus Erdgas hergestellt. Eisen wird im Hochofen mit Kohle erzeugt, die ebenso durch Wasserstoff ersetzt werden könnte. In beiden Fällen werden die CO2-Emissionen der Gesamtgesellschaft gesenkt. Der Einsatz von E-Fuels in Autos, Schiffen und Flugzeugen kann deshalb warten, ohne dass zusätzliche Emissionen entstehen würden - die werden schlicht woanders eingespart.

In der Zwischenzeit steht allen Firmen die Entwicklung von Turbinen, Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen für Ammoniak, Methan und Methanol frei, je nach dem, von welchen zukünftigen Einsatzzwecken sie ihre Investoren überzeugen können. Das dürfte in Anbetracht billiger Akkus oft schwierig werden. Der staatliche und wirtschaftliche Fokus muss derweil auf Energie- und Wasserstofferzeugung liegen und nicht jetzt schon, wie von Lobbyistenverbänden voreilig gefordert, auf dem Verbrauch von Wasserstoff, der noch gar nicht in nennenswerten Mengen erzeugt wird.

Eigentlich sollte also beiden Lagern der E-Fuel-Debatte gleichermaßen daran gelegen sein, so schnell wie möglich die Strom- und Wasserstoffproduktion zu fördern. Egal, ob es darum geht, die CO2-Emissionen zu senken oder schlicht genug E-Fuel für die eigenen Verbrennungsmotoren zu haben.

Hauptsache, der Gegner steht schlecht da

Doch in den aktuellen Debatten wirkt es, als wären die Akteure der beiden Lager noch nicht einmal egoistisch davon getrieben, die eigenen Bedürfnisse voran zu treiben. Stattdessen wollen sie mit ihren Argumenten einfach nur der jeweiligen Gegenseite schaden und blockieren so die Energiewende zum Schaden der Gesamtgesellschaft.

Den Lobbyisten der E-Fuels ist die Angst vor Elektroautos deutlich anzumerken, deren Konstruktion ohne Verbrennungsmotoren und der dafür nötigen Peripherie sehr viel einfacher ist, zumal sie die gesamte Entwicklung der billigen Akkutechnik in China verschlafen haben. Strafzölle auf chinesische Elektroautos zeigen, wie groß der Rückstand und die Angst vor diesen Autos ist.

Umgekehrt haben die Scientists for Future Angst vor billigen E-Fuels. Die Studie kommt trotz übertrieben pessimistischer Annahmen für die Kosten der Photovoltaik und der Transportkosten von E-Fuels auf einen Literpreis von 1,90 bis 2,50 Euro in der Herstellung. Mit realistischeren Annahmen sind heutige Tankstellenpreise mit E-Fuels aus Afrika, Arabien oder Australien im Jahr 2035 absolut machbar. Akkus mit Strom zu laden wäre dennoch viel günstiger, falls die billigen Strompreise auch die Endverbraucher erreichen, was heute das viel größere Problem ist.

In der Rechnung lassen die Scientists for Future auch Plugin-Hybrid-Autos außen vor, die nach aktuellen Untersuchungen den Treibstoffverbrauch zumindest um 25 Prozent senken. Mit besserem Ladenetzausbau und Vorschriften zu größeren Akkukapazitäten können die Einsparungen bis 2035 noch größer sein. Vermutlich wird die Zahl dieser Autos wegen der billigen Akkus recht klein sein, aber Hybridautos gehören zu einer so groß angelegten Analyse einfach dazu.

Die Angst im Streit schadet allen Seiten

Beide Parteien verleitet die Angst vor den Argumenten der Gegenseite zu falschen Darstellungen, um die eigene Seite zu stärken. Die Diskussionen um die viel zu kurz dargestellte Lebensdauer der Akkus, Kinderarbeit zur Kobaltgewinnung und viele andere Behauptungen der E-Fuel-Lobby wurden durch praktische Erfahrung sowie ständig sinkende Kobaltanteile und kobaltfreie LFP-Akkus längst entkräftet. Die Scientists for Future stärken sogar die Bedenken gegen Photovoltaik durch ihre übertrieben hohe Darstellung der Kosten des Stroms und der Herstellung von Wasserstoff, der als Energieträger für saisonale Speicher dringend benötigt wird.

Wer wirklich überzeugen will, muss mit den eigenen Argumenten die Gegenseite so gut wie möglich unterstützen. Das heißt, nach den besten Argumenten gegen den eigenen Standpunkt suchen und diese klar darlegen. Wenn der eigene Standpunkt solide ist, sind die Argument der Gegenseite keine Bedrohung.

Das Eingehen auf die Argumente der Gegenseite baut Vertrauen auf und bekämpft auch die Tendenz aller Menschen, den eigenen positiven Standpunkt nicht völlig durchdacht zu haben. Wer hingegen die Gegenseite möglichst gut dastehen lassen will, muss davor über die möglichen Schwachpunkte des eigenen Standpunkts nochmal bis ins Detail nachdenken und sie dann präsentieren. Das verhindert auch, den eigenen Standpunkt zu untergraben, nur weil man dem vermeintlichen Gegner schaden will.

Und was passiert, wenn sich der eigene Standpunkt dabei als unhaltbar herausstellt? Dann sucht man einen neuen Standpunkt, der besser ist.