Entscheidend für die schnelle Umstellung der gesamten Wirtschaft auf kohlenstofffreie Quellen ist unter anderem die Frage, wie man die Kosten für grünen Wasserstoff auf ein konkurrenzfähiges Niveau senken kann. Aurora Energy Research hat dazu verschiedene Geschäftsmodelle analysiert.

Kohlenstoffarmen oder -freien Wasserstoff kann man unter anderem durch Elektrolyse von Wasser („grüner Wasserstoff“) oder aus Erdgas mit CO₂-Abscheidung („blauer Wasserstoff“) herstellen. Letzterer ist mit Kosten von etwa 2,5 Euro pro Kilogramm derzeit noch deutlich günstiger. Viele Regierungen in Europa fördern deshalb Elektrolyseure mit Zuschüssen, Vergütungen oder Steuerbefreiungen und auch Entwickler und Investoren suchen nach Möglichkeiten, die Kosten zu senken. Die Pipeline an geplanten Elektrolyseprojekten umfasst inzwischen über 200 Gigawatt Leistung, mit einem besonderen Schwerpunkt in Deutschland.

„Die Kosten für grünen Wasserstoff und damit seine Konkurrenzfähigkeit zu blauem Wasserstoff sind von verschiedenen Faktoren abhängig“, sagt Lisa Langer, Commercial Manager bei Aurora Energy Research. „Die Investitionskosten für die Anlagen sinken bereits rapide, Hauptkostentreiber bei der Herstellung von Wasserstoff mit Elektrolyseuren sind künftig die Stromkosten. Deshalb ist es entscheidend, das Geschäftsmodell zu optimieren.“ Um herauszufinden, welche Konzepte die besten Voraussetzungen für den Erfolg bieten, haben die Experten von Aurora Energy Research unterschiedliche Geschäftsmodelle analysiert und verschiedene Szenarien durchgespielt.

Kombination Onshore-Wind und Elektrolyse am günstigsten

Die Konzepte für den Betrieb von Elektrolyseuren lassen sich zunächst anhand der Herkunft des verwendeten Stroms unterscheiden. Entweder die Anlage wird an das Netz angeschlossen und nutzt den dort angebotenen Strommix oder sie wird im Inselbetrieb direkt mit einer erneuerbaren Energiequelle gekoppelt und nutzt deren Stromerzeugung. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass im zweiten Fall die niedrigsten Gesamtkosten für Wasserstoff anfallen, denn dieses Geschäftsmodell vermeidet die Gebühren für den Netzanschluss. Am günstigsten schneiden dabei Elektrolyseure in Norwegen ab, die man mit Onshore-Windkraftanlagen koppelt. Sehr gute Windressourcen vor Ort sorgen dafür, dass sowohl die Kosten für den erzeugten Windstrom sinken als auch die Auslastung und Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseurs steigen. Ähnliche Kosten lassen sich in Spanien erreichen, ebenfalls mit der direkten Kombination von Elektrolyseuren und Onshore-Windkraftanlagen.

Die Betreiber solcher Insellösungen können die Kosten zusätzlich senken, zum Beispiel, indem sie die Größe des Elektrolyseurs optimal auf die Charakteristik des Stromerzeugers abstimmen: „Die Leistung des Elektrolyseurs muss in Abhängigkeit von den individuellen Gegebenheiten errechnet werden“, sagt Langer. „Im Idealfall sind dann die Kosten pro Kilo Wasserstoff um bis zu 40 Prozent niedriger, als wenn der Elektrolyseur einfach die gleiche Nennleistung wie das Erneuerbaren-Kraftwerk hat, also wenn zum Beispiel ein 1-Megawatt-Elektrolyseur mit einer 1-Megawatt-Windenergieanlage gekoppelt wird.“

Neben niedrigen Wasserstoffkosten profitiert die direkte Koppelung von Erneuerbaren-Anlage und Elektrolyseur auch davon, dass dabei keine direkten Kohlenstoffemissionen entstehen. Deshalb gilt Wasserstoff, der auf diese Weise erzeugt wird, in der EU als nachhaltig. Somit dürften solche Systeme auch weitere Kriterien der RED-II-Richtlinie für erneuerbare Energien erfüllen und in einer Reihe von europäischen Ländern für staatliche Unterstützung in Frage kommen.

Kosten für grünen Wasserstoff: 2 bis 2,5 Euro pro Kilo erreichbar

Um mit blauem Wasserstoff konkurrieren zu können, werden Elektrolyseur-Projekte allerdings noch erhebliche Kostensenkungen erreichen müssen. „Unsere Analyse zeigt, dass die Produktionskosten für grünen Wasserstoff in den nächsten zwei Jahrzehnten schnell sinken werden“, sagt Anise Ganbold, Global Energy Markets Lead von Aurora Energy Research. „Trotzdem wird es schwierig, in Europa 2 Euro pro Kilo Wasserstoff zu erreichen. Das kann nur in einem optimistischen Szenario mit viel niedrigeren Kosten und einem höheren Wirkungsgrad des Elektrolyseurs gelingen. Um einen schnelleren Rückgang der Kosten zu fördern und dazu beizutragen, dass grüner Wasserstoff konkurrenzfähig zu blauem Wasserstoff wird, sollten Regierungen den Ausbau erneuerbarer Energien unterstützen und Elektrolyseure von Netzgebühren und Steuern befreien.“

Das würde insbesondere netzgekoppelten Elektrolyseuren helfen, deren Kosten höher sind, weil sie zusätzlich Gebühren für den Zugang zum Stromnetz sowie andere Abgaben zahlen müssen. Diese Kosten variieren je nach Land, Standort, Anschlussgröße und manchmal auch nach Tages- oder Jahreszeit. Im Europavergleich am höchsten sind sie in Deutschland, Großbritannien und Dänemark, wobei die ersten beiden Länder Ausnahmeregelungen für Elektrolyseure und andere industrielle Großverbraucher haben.

„In Dänemark fehlen solche Regelungen, wodurch die Herstellung von Wasserstoff aus Netzstrom dort derzeit praktisch unerschwinglich ist“, sagt Ganbold. „In solchen Fällen muss die Politik über Befreiungen oder andere Anreize nachdenken, wenn sie Investitionen in diese Technologie ankurbeln will.“ So sind etwa in Deutschland netzgekoppelte Elektrolyseure, die man vor 2030 baut und die für grünen Wasserstoff zertifiziert sind, von der EEG-Umlage befreit. Derzeit wären die Stromkosten ohne diese Befreiung ungefähr doppelt so hoch.

Niedrige Strompreise nutzen

Doch die Betreiber haben auch weitere Möglichkeiten, die Kosten zu senken, wie die Analyse zeigt. Zum Beispiel sollten netzgekoppelte Anlagen flexibel laufen, um Zeiten mit niedrigen Strompreisen zu nutzen beziehungsweise Zeiten mit hohen Gebühren zu vermeiden. Wie die Studie zeigt, lassen sich damit die Gesamtbetriebskosten im Vergleich zu permanent laufenden Elektrolyseuren je nach Land um über 50 Prozent reduzieren. Ein Nachteil bleibt bei netzgekoppelten Anlagen. Die Treibhausgaslast des Wasserstoffs entspricht der des Strommixes in den Betriebsstunden.

Aurora hat berechnet, dass ein Elektrolyseur in Deutschland aufgrund des kohle- und gaslastigen Stromerzeugungsmix‘ neunmal mehr CO₂ verursacht als eine Anlage in Spanien, wo der Anteil der erneuerbaren Energien sehr hoch ist. Allerdings sind die Emissionen des Stromsektors durch den europäischen Emissionshandel gedeckelt, was etwaige Emissionssteigerungen verhindern kann.

Eine Kurzfassung der Studie zu den Kosten für grünen Wasserstoff ist unter dem nebenstehenden Link zu finden.

8.7.2021 | Quelle: Aurora Energy Research | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH