No-Regret-Infrastruktur: Wasserstoffnetze für Stahl und Chemie
Welche Netzinfrastruktur benötigt künftig eine Wasserstoffwirtschaft? Eine Studie, die die Organisation Agora Energiewende gemeinsam mit dem Beratungsunternehmen AFRY Management Consulting(öffnet im neuen Fenster) erstellt hat, legt nahe, dass man sich dabei zunächst auf wenige Regionen konzentrieren sollte. Die Wasserstoffnetze würden Industrieanlagen versorgen, bei denen es vergleichsweise unstrittig ist, dass sie künftig Wasserstoff benötigen werden.
Dabei geht es vor allem um den Bedarf von Stahlwerken sowie die Produktion von Chemikalien und hier in erster Linie um Ammoniak. Das Gas ist ein wichtiger Grundstoff der Düngemittelproduktion. Wasserstoffleitungen für diese Sektoren sieht Agora als No-Regret-Investitionen, bei ihnen bestehe ein geringes Risiko, dass sie später überflüssig werden.
Stahl und Ammoniak als No-Regret-Sektoren
Ammoniak wird bereits heute aus Wasserstoff hergestellt, die Produktion ist einer der größten industriellen Wasserstoffkonsumenten. Bei der Stahlproduktion ist die Direktreduktion mit Wasserstoff eine Möglichkeit, die hohen Kohlendioxid-Emissionen zu vermeiden. Mehrere europäische Stahlkonzerne planen in den nächsten Jahren erste Anlagen, in denen diese Technologie zum Einsatz kommen soll.
Es gibt bereits heute Stahlwerke, die Direktreduktionsanlagen einsetzen, nur werden diese mit Erdgas betrieben. Die Wasserstoff-Direktreduktion unterscheidet sich davon nur geringfügig, die Industrie kann daher auf die Erfahrung mit bereits bekannten Technologien aufbauen.
In vielen anderen Sektoren wird der Einsatz von Wasserstoff zwar diskutiert, ist aber deutlich umstrittener. Die Argumentation von Agora: Wenn man Infrastruktur schafft für Sektoren, bei denen noch nicht klar ist, dass Wasserstoff eine Rolle spielen wird, besteht das Risiko von Investitionsruinen.
In der Studie hat das Beratungsunternehmen AFRY den Bedarf sowie mögliche Orte zur Wasserstoffproduktion und dafür geeignete Speicher simuliert. Dabei wurde ein Szenario mit rein grünem Wasserstoff betrachtet sowie ein Szenario mit einer Mischung aus grünem und blauem Wasserstoff. Als grün wird Wasserstoff bezeichnet, der direkt mit erneuerbarem Strom in Elektrolyseanlagen erzeugt wird, mit blauem Wasserstoff sind klassische Erdgas-Dampfreformierungsanlagen gemeint, bei denen mithilfe von CCS-Technologie die Kohlendioxid-Emissionen abgeschieden werden.
Doch selbst im gemischten Szenario hätte der blaue Wasserstoff nur eine temporäre und eher kleine Rolle. Nach 2030 wird sich nach den Einschätzungen von Agora und AFRY blauer Wasserstoff nicht mehr lohnen, bei einer ambitionierten Förderung von erneuerbaren Energien und Elektrolyseanlagen möglicherweise schon früher.
Günstige Speicher in Salzkavernen
Ein gewisser Bedarf für Wasserstoffnetze und auch Speicher ergibt sich in jedem Fall. Die Industriebetriebe werden absehbar einen konstanten Wasserstoffbedarf haben, während die erneuerbare Stromerzeugung primär mit volatilen Quellen wie Wind- und Solarenergie erfolgt. Bei den Speichern sieht die Studie vor allem Salzkavernen als attraktiv an, da diese deutlich günstiger zu realisieren seien als oberirdische Speicher. Das hat auch Auswirkungen auf die Netze. Laut Angus Paxton von AFRY lohnt es sich in vielen Fällen, längere Pipelinenetze zu bauen, wenn sich dadurch günstigere Speicheroptionen erschließen lassen.
Wasserstoffnetz zwischen Holland, Belgien und Deutschland
Folgt man den Ergebnissen von Agora und AFRY dann würden sich lokale Wasserstoffnetze zunächst in vier europäischen Regionen anbieten. Der größte Bedarf besteht in Dreiländereck zwischen Holland, Belgien und Deutschland.
Die Schlussfolgerungen von Agora, sich zunächst primär auf besonders unstrittige Sektoren zu konzentrieren, erscheint nachvollziehbar, die Studie und die dahinterliegende Simulation gehen aber von einer ganzen Reihe von Annahmen aus, die teilweise explizit erwähnt sind und sich teilweise indirekt ergeben.
Dass die Stahlindustrie auf Direktreduktion mit Wasserstoff umgestellt wird, ist plausibel – viele Unternehmen fangen bereits an, in die Umrüstung zu investieren. Doch auch hier gibt es zumindest theoretisch eine Möglichkeit der direkten Stromnutzung mit Hilfe von Eisenoxid-Elektrolyse. Ein Startup aus den USA namens Boston Metal(öffnet im neuen Fenster) will diese Technologie kommerzialisieren. Doch die Eisenoxid-Elektrolyse ist bislang in einem sehr frühen Entwicklungsstadium und wurde, wie Gniewomir Flis von Agora Energiewende erläutert, in der Studie nicht betrachtet, da ein Großteil der europäischen Stahlwerke Neuinvestitionen vor 2030 benötigen.
Ebenso nimmt die Simulation an, dass die europäischen Ammoniak- und Stahlproduktionsanlagen dort bleiben, wo sie bisher sind. Denkbar wäre auch die Möglichkeit, Ammoniak oder Eisenschwamm in Regionen zu erzeugen, in denen erneuerbare Energien besonders günstig zur Verfügung stehen, etwa in Australien. Derartige Möglichkeiten hat zuletzt die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) angeregt(öffnet im neuen Fenster).
In jedem Fall kleiner als das Erdgasnetz
Kollidieren dürften die Ideen von Agora mit den Plänen der Gasindustrie. Denn die hofft darauf, ihre umfangreichen Erdgasnetze in die Zukunft zu retten, indem sie als Wasserstoffnetze neu genutzt werden. Zwar geht auch das Agora-Szenario davon aus, Erdgasnetze für die Wasserstoffnutzung umzubauen, aber die angedachten Lokalnetze würden nur einen winzigen Teil der umfangreichen Erdgasinfrastruktur neu nutzen.
Ob es künftig überhaupt ein gesamteuropäisches Wasserstoffnetz geben wird, hängt demnach davon ab, wie viel Bedarf andere Sektoren haben. So gilt Wasserstoff zwar als eine Option für industrielle Wärme und den Schwerlastverkehr, doch die konkurriert hier mit Möglichkeiten der direkten Elektrifizierung. "Aber selbst unter den optimistischsten Annahmen wäre ein zukünftiges Wasserstoffnetz kleiner als das heutige Erdgasnetz", so Matthias Deutsch von Agora Energiewende.
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