Die Elektrolysebranche unternimmt nach Einschätzung des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erhebliche Anstrengungen, um Zellen und Stacks zu vergrößern und die Produktionskapazitäten deutlich zu erhöhen. Parallel dazu ist die aktuelle Diskussion über die Kosten von Elektrolyseanlagen von widersprüchlichen Aussagen mit einer großen Bandbreite an Preisprognosen geprägt, was eine verlässliche Bewertung von Elektrolyseuren erschwert. Um in dieser Diskussion um die Investitionskosten der Wasserelektrolyse die notwendige Transparenz zu schaffen, hat das Fraunhofer ISE im Auftrag der NGO Clean Air Task Force (CATF) ein Bottom-up-Kostenmodell. Damit haben die Forschenden eine Kostenanalyse für Wasserelektrolyse-Systeme durchgeführt.

In der Studie betrachten die Forscher:innen sowohl für die alkalische als auch für die PEM-Wasserelektrolyse zwei Anlagengrößen von 5 MW und 100 MW. Somit wollen sie sowohl den Bedarf für dezentrale als auch für zentrale Anwendungen abdecken. Darüber hinaus berücksichtigen sie in ihren Modellen eine Technologieprognose für beide Technologien. Damit können sie die Kostenstrukturen für heute verfügbare Komponenten und Materialien (2020) mit den erwarteten Entwicklungen der nächsten Generation von alkalischen und PEM-Elektrolysesystemen (2030) vergleichen.

Kostenanalyse für Wasserelektrolyse-Systeme sieht Vorteil für alkalische Stacks

Wie erwartet, zeigen die Ergebnisse der Kostenanalyse für Wasserelektrolyse-Systeme in allen betrachteten Fällen, dass der Zellstapel (Stack) die teuerste Komponente in einem Elektrolysesystem ist. Alkalische Stacks haben einen Kostenvorteil gegenüber PEM-Stacks, und dies wird auch in Zukunft der Fall sein. Aufgrund des technologischen Fortschritts und einer Vergrößerung des aktiven Zellfläche können die spezifischen Stackkosten jedoch innerhalb von 10 Jahren für beide Arten von Elektrolyse-Stacks praktisch halbiert werden, und zwar von etwa 200 €/kW_DC auf unter 90 €/kW_DC für AEL-Stacks und von 380 €/kW_DC auf etwa 220 €/KW_DC für PEM-Stacks.

Dennoch dominieren die Stackkosten nicht allein die Systemkosten. Vielmehr setzen sie sich aus vielen Einzelkomponenten wie Gas- und Wasseraufbereitung, Kühlsystemen und Leistungselektronik zusammen. Insbesondere die Kosten der Leistungselektronik (Gleichrichter und Transformator) sind nicht zu unterschätzen und tragen als zweitteuerste Komponente in der gleichen Größenordnung zu den Systemkosten bei wie die Stacks. „Dies ist ein wichtiges Ergebnis, insbesondere für weitere Kostensenkungsstrategien bei Elektrolysesystemen, und muss bei zukünftigen Entwicklungen stärker berücksichtigt werden“, sagt Marius Holst, einer der Autor:innen der Studie.

Die Kostenanalyse zeigt weiter, dass alkalische Systeme auch in Zukunft zu niedrigeren Systemkosten führen werden. Allerdings gleichen sich die Kosten nahezu an, wenn man den Aufwand für die nachgeschaltete Verdichtung mit einbezieht. Insgesamt ist im Jahr 2030 mit Systemkosten von rund 400 bis 500 €/kW zu rechnen, wobei dezentrale kleinere Anlagen deutlich teurer bleiben werden.

Ein Studie zu den Kosten von Wasserstoff hat Aurora Energy Research durchgeführt.

9.2.2022 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH