Veranstaltungen

Mehr erfahren

Kontakt

VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.

Studie, Positionspapier, Anwendungsregel oder Norm gesucht?


> VDE VERLAG

Im Shop des VDE VERLAGs finden Sie Normen zur elektrotechnischen Sicherheit und Fachbücher.

> VDE Shop

Im VDE Shop finden Sie aktuelle VDE Studien, Roadmaps und Positionspapiere.


Mehr Wissen, mehr Erfolg!

Für VDE Mitglieder gibt es Rabatte auf Publikationen, VDE Studien, Fachliteratur des VDE Verlags und Fachzeitschriften-Abonnements: Jetzt VDE Mitglied werden!

Bild Netzwerk
VDE
14.07.2022

Netzwerk und Experten-Interviews

Neben Interviews finden Sie hier auch Informationen zum VDE Netzwerk Wasserstoff.  


Dieser Artikel-Titel kann auch gelöscht werden

Windrad und Solarpanel mit Sonne im Hintergrund
Franz Metelec / Fotolia

Dieser Artikel kann im "Hauptbereich" beareitet werden !

Unterhalb des Artikels befindet sich im "Zusatzbereich" das Empfehlungs-Modul.

Es erbt von der übergeordneten "Startseite".

Die Vererbung kann unterbrochen werden und es können speziell für diese Seite eigene Teaser-Banner definiert werden. Manuell und per Abfrage.

Interviews zum Thema Wasserstoff

Dr. Kathrin Goldammer

Interview mit Dr. Kathrin Goldammer, Geschäftsführerin des Reiner Lemoine Instituts (RLI)

Dr. Kathrin Goldammer

Chancen und Grenzen einer netzdienlichen, grünen Wasserstoffwirtschaft

Klimaschutzziele, Preisanstiege, Unabhängigkeit – angesichts aktueller und künftiger Herausforderungen steigt die Nachfrage nach Low Carbon Wasserstoff. Noch fehlt es aber an den für eine Wasserstoffwirtschaft notwendigen Grundlagen und wirtschaftlichen Konzepten, zum Beispiel zur netzdienlichen Integration grünen Wasserstoffs mittels Elektrolyseure, um auf Energieschwankungen reagieren zu können. Im Interview rät Dr. Kathrin Goldammer, Geschäftsführerin des Reiner Lemoine Instituts (RLI), den ersten Schritt vor dem zweiten zu tun. Es gilt, beim Ausbau der Erneuerbaren Energien zu beginnen, um unser Energiesystem auf eine Wasserstoffwirtschaft vorzubereiten. Das Interview führt Andrea Appel.

Appel: Zum Einstieg kurz zu Ihrer Person: Wie stehen Sie mit dem Thema Wasserstoff in Verbindung?

Goldammer: Ich bin Elektrotechnikerin und stehe daher insbesondere mit grünem Wasserstoff in Verbindung, da dieser über die sogenannte Elektrolyse aus Erneuerbaren Energien und Strom gewonnen wird.

Appel: Das aktuelle Herstellungsverfahren von Wasserstoff beruht überwiegend auf fossilen Energieträgern. Schon vor der aktuellen Situation in Europa stand fest, dass dieses Verfahren aufgrund der Klimawirkung nicht mehr zeitgemäß ist. Welches Herstellungs-verfahren erachten Sie im Hinblick auf die Erfüllung der Klimaschutzziele als am zukunftsfähigsten?

Goldammer: Windkraft und Solar werden aus meiner Sicht die größte Rolle spielen, weshalb die Elektrolyse auf dem Weg zum Wasserstoff der Zukunft meines Erachtens das wichtigste Verfahren darstellt. Andere Verfahren wie die Direktverstromung von Abgasen oder Biogas werden unsere langfristigen Energieziele niemals abdecken können und stellen daher keine zukunftsweisenden Alternativen dar. Die Elektrolyse bietet durch chemische Prozesse die Möglichkeit, die ganze Welt der Moleküle zu dekarbonisieren. Wir werden Strom aus Windkraftanlagen und Photovoltaik gewinnen und aus diesem über die Elektrolyse grünen Wasserstoff herstellen. Von der Sonnen- oder Windenergie über den Strom bis hin zu den Molekülen sind hier zwar mehrere Umwandlungsschritte erforderlich, dennoch sehe ich darin den sinnvollsten Weg, wie Wasserstoff einen Beitrag zum Energiegewinn leisten kann. 

Geringer Netzausbau bei gleichzeitiger Netzflexibilität durch Wasserstoff

Appel: Vereinfacht gesprochen integrieren wir mit der Herstellung von Wasserstoff zunächst weitere Stromverbraucher in unser Energiesystem. Mit zunehmenden, fluktuierenden Erneuerbaren Energien wird es immer wichtiger, die Flexibilität im Netz zu erhöhen, um so auch den Netzausbau in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Welche Rolle kann Wasserstoff Ihrer Meinung nach in diesem Zusammenhang spielen?

Goldammer: Da Strom sofort „verbraucht“ werden muss, braucht es Speicher. Durch sie kann der Strom zeitlich entkoppelt und später wieder nutzbar gemacht werden. Wasserstoff ermöglicht genau das. Er ist zum einen besser speicherbar als Strom und entkoppelt zum anderen Stromproduktion und Bedarf zeitlich voneinander: es ist die direkte Abfüllung in unterschiedlichen Behältern möglich – von einer kleinen Flasche in eine größere bis hin zu einer Gaskaverne.

Wasserstoff ist hier eine Flexibilitätsoption für das Netz, da wir Strommengen in Wasserstoff umwandeln und auf diese Weise speichern können. Es ist jedoch auch möglich den Strom direkt in elektrochemischen Batterien zu speichern. Wasserstoff und Batterien stehen hier durchaus in Konkurrenz. Wenn sich die Batterietechnik deutlich weiterentwickelt, wirtschaftlicher wird, höhere Strommengen umwandeln und einspeisen kann, wird sich diese als Flexibilitätsoption durchsetzen und der Wasserstoff wahrscheinlich stärker im Bereich Langzeitspeicherung – die Überbrückung von Tagen oder Wochen – und Power-to-X eine Rolle spielen.

 Anreize – Chance und Hürde einer erfolgreichen Wasserstoffwirtschaft

Appel: Nicht alle Wasserstoffproduktionsanlagen werden künftig flexibel in das Netz eingebunden werden können, weil die Abnehmer natürlich auf die Wasserstofflieferungen angewiesen sind. Beispielsweise für Kommunen kann sich die netzdienliche Fahrweise jedoch lohnen. Hier dienen Elektrolyseure als flexibles Lastenmanagement auf der Nachfrageseite, um auf variable EE-Produktion reagieren zu können.

Unter welchen Voraussetzungen können wir die an dieser Stelle noch geringe Wirtschaftlichkeit von Elektrolyseuren über die netzdienliche Fahrweise erhöhen?

Goldammer: Wir haben gerade eine Studie zu dezentralen Elektrolyseuren durchgeführt und festgestellt, dass Netzgebiete mit einem sehr hohen Anteil an Erneuerbaren Energien bereits heute wirtschaftlich sein können. Im Normalfall muss ein Netzgebiet mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren Energien zum Beispiel Verteil- oder Mittelspannungsnetze stark ausbauen, um diese hohen Strommengen aufnehmen zu können. Der Elektrolyseur kann hier Abhilfe schaffen und gleichzeitig seine Wirtschaftlichkeit erhöhen.

Das Problem ist lediglich, dass beispielsweise der Netzbetreiber keinen Elektrolyseur betreiben kann. Grund dafür ist die sogenannte Anreizregulierung, die es dem Betreiber nicht ermöglicht, die für ihn existierenden Optionen, wie das Verlegen eines Kabels und die Installation eines Elektrolyseurs, miteinander zu vergleichen. Wir brauchen daher mehr Anreize für eine Art gesamte Netzplanung und eine systemische Betrachtung, wie sich Stromnetze, Gasnetze und zukünftige Wasserstoffnetze gemeinsam wirtschaftlich betreiben lassen.

Appel: Das ist ein guter Übergang zur nächsten Frage, denn nicht nur das Stromnetz wird zukünftig Wasserstoff in das Gesamtportfolio aufnehmen, sondern auch das Gasnetz. Hier kommt oftmals der Wärmemarkt zur Sprache. Müssen Verbraucher und Verbraucherinnen ihre weit verbreiteten Gasheizungen gegen neue austauschen, wenn der Wasserstoffanteil im Gasnetz steigt?

Goldammer: Die Frage wäre, inwiefern es ein realistisches Szenario ist, in einer solchen thermischen Umsetzung zu bleiben und hier zukünftig, statt konventionellem Erdgas, gegebenenfalls Methan oder Erdgasgemische mit grünem Wasserstoff beizufügen.

Alle Studien, die ich hierzu kenne, zeigen, dass es nur wenige Gebäude geben wird, in denen das schlussendlich die wirtschaftlichste Variante ist. Für die meisten Gebäude ist es wirtschaftlicher, eine elektrische Form der Heizung wie die Luft- oder Erdwärmepumpe zu verwenden.

Im Moment sehe ich für Wasserstoff daher noch keinen großen Anteil an der Wärmeerzeugung, sondern stelle mir die Frage, wie das zukünftige Geschäftsmodell für die heutigen Gasnetzbetreiber aussehen soll.

Direktstrom und die Rückverstromung durch Wasserstoff im Vergleich

Appel: Wie beurteilen Sie schlussendlich das Thema Rückverstromungsoption von Wasserstoff?

Goldammer: Im Haushalt oder im Gewerbe im Bereich der kleinen, dezentralen Anlagen kann ich mir eine solche Option nicht vorstellen. Hier wird aus meiner Sicht wahrscheinlich Strom direkt verwendet und Wasserstoff nur in seltenen Fällen vorkommen.

Für das Gesamtenergiesystem in Bezug auf das klassische Power-to-X und die Überbrückung einer Dunkelflaute ist das hingegen durchaus vorstellbar.  Wenn wir denn bis 2040 oder 2050 nahezu hundert Prozent Erneuerbare Energien im Strombereich haben.

Appel: Können Sie sich stattdessen reversible, netzdienlich angeschlossene Brennstoffzellen, die in beide Richtungen eingebunden sind und sowohl Wasserstoff produzieren als auch Rückverstromung leisten, auf einer kommunalen Ebene vorstellen?

Goldammer: Hier würde ich zunächst weitere Studien und Beispiele abwarten. Im Moment sehe ich aufgrund der vielen existierenden Direktstrommöglichkeiten keinen großen Bedarf. Da ich aus dem Strombereich komme, wird sich hier aus meiner Sicht mehr und vieles schneller ergeben als im Bereich der Brennstoffzellen.

Appel: Der Schwerpunkt der Wasserstoffbedarfe liegt derzeit auf der Anwendung im industriellen Bereich wie beispielsweise der Chemie-, Stahl oder Papierindustrie. Ich verstehe aus Ihren Worten, dass der Bedarf für Rückverstromung ebenfalls eine Rolle spielen wird?

Goldammer: Ja, aber meines Erachtens verstärkt im Kontext der Aufrechterhaltung der Stromversorgung und weniger im Kontext einer Anwendung.

Die Bedeutung der Normung für die netzdienliche Integration von Wasserstoff
Appel: Wie kann Normung dabei helfen, die bestehende Energieinfrastruktur auf die verstärkte Einspeisung von Wasserstoff vorzubereiten und den netzdienlichen Einsatz zu verbessern?

Goldammer: Meinem Verständnis nach hilft Normung bei der Kompatibilität und Interoperabilität sowie der richtigen Entscheidungsfindung. Sie gibt Sicherheit darüber, dass gewisse technische Handlungen Bestand haben und mit anderen Komponenten zusammenpassen. Im Zusammenhang von neuen Techniken oder Technologien bedeutet das für mich, dass viel Potential verloren geht, sofern wir die wichtigsten Standardisierungs- und Normungsfragen erst sehr spät klären. Das wird den Rollout von allen neuen Techniken verzögern, seien es Elektrolyseure oder Beimischungen im Gasnetz. All diese Dinge sind noch nicht auf den Begriff „Wasserstoffwirtschaft“ vorbereitet. Allein die Tatsache, dass wir noch nicht einmal genau definieren können, was grüner Wasserstoff ist, zeigt, dass es noch viel zu tun gibt. Die Normung kann dabei helfen, hier schneller zu werden. 

Am Anfang steht der Ausbau der Erneuerbaren Energien

Appel: Wie beurteilen Sie schlussendlich die Bezeichnung von Wasserstoff als „Öl der Zukunft“?

Goldammer: Ich habe schon viele Bezeichnungen für Wasserstoff gehört. Zum Beispiel der „Champagner“ oder sogar der „Käse“ der Energiewende. Letzteres betonte erst kürzlich meine Kollegin, denn Wasserstoff sei, wie der Käse aus der Milch, ein aus Erneuerbaren Energien hergestelltes konzeptives Produkt. 

Meiner Meinung nach dürfen alle Bezeichnungen verwendet werden, sofern durch sie klar wird, dass Wasserstoff ein seltenes Produkt ist, das vorsichtig verwendet werden sollte.

Es ist wichtig, nicht zu vergessen, woraus Wasserstoff zukünftig hergestellt wird – nämlich aus Erneuerbaren Energien. Einen Begriff zu finden, der noch mehr auf die Notwendigkeit der Erneuerbaren Energien einzahlt, wäre mir daher noch lieber. Die Tatsache, dass eine Wasserstoffwirtschaft ohne den Ausbau und die Förderung Erneuerbarer Energie nicht funktioniert, geht in der Diskussion oft unter. Hier gilt es, den ersten Schritt vor dem zweiten zu tun.

Appel: Das sind großartige Schlussworte. Frau Goldammer, vielen Dank für das Gespräch!

Dieser Artikel ist ursprünglich in der englischen Version auf dem LinkedIn Kanal der DKE erschienen: Limits and Opportunities of a Grid-serving, green Hydrogen Economy | LinkedIn

Bild - Andrea Appel

Die bunte Welt des Wasserstoffs - ein Beitrag der VDE Expertin Andrea Appel

Bild - Andrea Appel

Eines ist sicher: Wasserstoff gewinnt eine zunehmende Bedeutung bei der nachhaltigen Energieversorgung. Welchen Beitrag Wasserstoff bei der Reduktion von Klimagasen leisten kann, hängt in erster Linie von der Produktionsweise ab. Dieser Beitrag skizziert, welche Optionen bestehen, wie die Perspektiven aussehen und was es mit der Wasserstoff-Farbenlehre auf sich hat.

Nachhaltige Wasserstoffwirtschaft: Fokus auf den CO2-Fußabdruck
Die sieben Farben des Regenbogens nehmen sich geradezu bescheiden aus im Vergleich zur Farbenlehre des Wasserstoffs, die auf stattliche elf Abstufungen kommt – für fast jede Herstellungsart eine.  

Favorit grüner Wasserstoff 
Der sogenannte grüne Wasserstoff erhält in Diskussionen zur emissionsarmen Energieversorgung nicht von ungefähr viel Aufmerksamkeit: Grüner Wasserstoff wird ausschließlich unter Einsatz von regenerativen Energiequellen wie zum Beispiel Wind, Sonne oder Wasserkraft in Kombination mit Elektrolyseanlagen gewonnen und gilt als besonders umweltfreundlich. Dies bedeutet allerdings nicht, dass die Herstellung von grünem Wasserstoff vollkommen CO2-neutral oder gar CO2-frei erfolgen kann. Im Lebenszyklus (Rohstoffbereitstellung, Bau, Recycling) von Erneuerbaren Energien Anlagen und Elektrolyseuren entstehen ebenfalls Emissionen, die zu berücksichtigen sind. Insofern wäre es angemessen, grünen Wasserstoff als CO2-arm einzustufen. 

Die Einteilung in ein Spektrum dient in erster Linie dazu, den jeweiligen CO2-Fußabdruck der jeweiligen Produktionsart einzuordnen und von weiteren Produktionsarten abzugrenzen. Aktuell ist diese Kategorisierung eher grob, da über die exakten Emissionen in der gesamten Wertschöpfungskette je nach Herstellungsweg noch keine Klarheit besteht. Daher kann es in der Bewertung der Produktionsverfahren künftig noch zu Verschiebungen und Neubewertungen kommen.

Allgemeiner Konsens besteht jedoch darüber, dass sich langfristig die Herstellungsmethode mit dem effizientesten Gesamtwirkungsgrad und den geringsten Emissionen durchsetzen soll.

Die CO2-neutrale Wasserstoffherstellung ist eine Illusion 
Für alle H2-Herstellungswege gilt, dass eine CO2-neutrale Wasserstoffherstellung nur theoretisch möglich, praktisch jedoch schwer umsetzbar ist. Was genau ist überhaupt CO2-Neutralität oder Klimaneutralität? Die Definition lautet, dass nicht mehr Treibhausgase emittiert werden, als über natürliche Senken umgewandelt werden können.  Das heißt: Das Augenmerk hat sich auf den CO2-Fußabdruck pro Kilogramm H2 zu richten und wie dieser über natürliche CO2-Senken kompensieren wird. Im Idealfall wird dabei die gesamte Systemgrenze berücksichtigt – von der Wiege bis zur Wiege, Cradle to Cradle.  

Die meisten fälschlicherweise als CO2-frei eingestuften H2-Herstellungsverfahren könnten zumindest im Betrieb CO2-frei gelten. 

Grauer, brauner, schwarzer, blauer und türkiser Wasserstoff basiert auf fossilen Brennstoffen 

Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. 
Brauner und schwarzer Wasserstoff wird unter Einsatz von Steinkohle oder Braunkohle hergestellt. Er ähnelt damit dem grauen Wasserstoff. 
Blauer Wasserstoff wird wie grauer Wasserstoff produziert. Das entstehende CO2 wird beim blauen Wasserstoff jedoch mittels Carbon Capturing and Storage (CCS) aufgefangen und gespeichert oder durch Carbon Capturing and Utilization (CCU) zur Weiterverwendung abgetrennt. 
Türkiser Wasserstoff ähnelt wiederum blauem Wasserstoff, wird jedoch durch Pyrolyse von Methan gewonnen. Dabei entsteht fester Kohlenstoff, CO2-Emissionen bleiben aus.
Blauer Wasserstoff wird als CO2-freie Übergangslösung im Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft gesehen. Grundsätzlich ist zweifelhaft, ob die auf fossilen Brennstoffen basierende H2-Herstellung einen Vorteil in der Entschleunigung des Klimawandels bringt und Emissionen in der Gesamtwertschöpfungskette reduziert. Darüber hinaus ist es fraglich, ob die benötigten großen Investitionen in diese Technologie wirtschaftlich sind, wenn sie nur in einem Zeitrahmen von etwa zehn Jahren betrieben werden. Ein weiteres Gegenargument ist das Ziel, langfristig auf die Nutzung fossiler Energieträger zu verzichten.

Jedoch ist heute eine Stagnation von erneuerbaren Energiekapazitäten festzustellen – bei einer Elektrolyseleistung, die gegen Null tendiert. Der angestrebte Markthochlauf kann deshalb ohne blauen und türkisen Wasserstoff im angedachten Zeitrahmen nicht umgesetzt werden. 
Oranger Wasserstoff basiert auf Biomasse 
Orangener Wasserstoff entsteht durch Vergärung oder Vergasung von Biomasse oder wird durch Elektrolyse mit Strom aus Müllheizkraftwerken hergestellt.  
Noch ohne Kategorisierung: Plasmalyse und Co.  
Bisher ohne klare Zuordnung ist der Herstellungspfad über Plasmalyse von industriellem Abwasser, Kunststoffen oder anderen Kohlenwasserstoffverbindungen. Die Technologie soll weniger energieintensiv sein als die Produktion mittels Elektrolyse. Wasserstoff als Nebenprodukt von Prozessen der Chemie-industrie wartet ebenfalls auf eine Kategorisierung. Ein Beispiel ist die Chloralkali-Elektrolyse.   
Weißer Wasserstoff aus geologischen Vorgängen 
Weißer Wasserstoff entstammt natürlichen beziehungsweise geologischen Vorgängen. Noch ist allerdings unklar, inwiefern die Nutzung dieser Vorkommen technisch und wirtschaftlich durchführbar ist. 
Treibhausgas Wasserstoff? 
Die Diskussion um die Nachhaltigkeit von H2 als Energiequelle führt auch zu der Frage, ob Wasserstoff möglicherweise klimaschädlicher als andere Treibhausgase ist. Fakt ist, dass Wasserstoff ein 6-Mal höheres Treibhauspotenzial als CO2 hat. Dabei spielen das Mengenverhältnis der Emission von CO2 im Vergleich zu Wasserstoff sowie der Emissionsort und die Reaktionsprodukte eine erhebliche Rolle, um bewerten zu können, wie schädlich die Wasserstoffemissionen im Verhältnis sind.  In Brennstoffzellen verwendeter Wasserstoff verursacht Wasserdampf, der ebenfalls Treibhauspotenzial hat. Auch beim  Verbrennen fossiler Energieträger entsteht Wasserdampf in Verbindung mit diversen weiteren Treibhausgasen. Die Frage wäre nun, bei welcher Anwendung mehr Wasserdampf entsteht. Dieses Verhältnis ist von größter Bedeutung.  Zusammenfassend ist festzuhalten, dass jedes Gas einen Einfluss auf die Atmosphäre hat. Folglich müssen jegliche Emissionen und ihre Effekte genau beobachtet werden – dies gilt auch für Wasserstoff.  

Bis zu 800 Terrawattstunden bis zum Jahr 2050 
Der nationale Wasserstoffrat hat eine Metastudie in Auftrag gegeben. Zentrale Aussage: Aktuelle Studien gehen für Deutschland von einem Bedarf von 400 bis 800 Terrawattstunden Wasserstoff bis 2050 aus. Doch woher sollen diese enormen Wasserstoffmengen kommen? Zwar führt auch Deutschland Verhandlungsgespräche, hat Verträge geschlossen und Absichtserklärungen unterzeichnet. Doch ergeben sich Fragen, für die bislang keine Antworten vorliegen, zum Beispiel zum Transport über weite Entfernungen und die dabei entstehenden Emissionen. Auch politische Aspekte sind zu berücksichtigen: Wasserstoff hat das Potenzial, die geopolitischen Verhältnisse zu verändern – gegebenenfalls wäre Deutschland weniger auf die jetzigen Öl-Zuliefererländer angewiesen. Ideal wäre eine möglichst regionale Wasserstoffproduktion. Bei Bedarf sollte der Produktionsradius zunächst dann auf Europa ausgeweitet werden. Erst im nächsten Schritt wäre eine Versorgung mit Wasserstoff aus außer europäischen sonnenreichen Ländern zu erwägen. Dabei müsste vermieden werden, dass die H2-Versorgung Deutschlands in diesen Staaten zu einem höheren Verbrauch fossiler Brennstoffe führt, weil die erneuerbaren Energien exportiert werden. Auch die Nationale Wasserstoffstrategie sieht vor, dies zu vermeiden. 

Deutschlands Position: Außensicht und Binnensicht 
Wie ist Deutschlands internationale Position im Bereich Wasserstoff zu bewerten? Je nach Blickwinkel ergeben sich ganz unterschiedliche Einschätzungen. Im Ausland gilt Deutschland als Vorreiter: Zum Beispiel im Bereich Tankstellen haben nur Japan und die USA noch besser ausgebaute Wasserstofftankstellennetze als Deutschland, die deutsche Expertise in den Bereichen Elektrolyse und Brennstoffzelle ist international anerkannt. Künftige Wasserstoffproduzenten wie Australien planen, die Herstellungstechnologie in Deutschland einzukaufen. Auch Japan und Neuseeland schauen nach Deutschland: derzeit werden diverse gemeinsame internationale Forschungspakete aufgebaut. Die deutsche Perspektive fokussiert hingegen auf die Gefahr, den internationalen Vorsprung zu verlieren. Bemängelt werden eine geringe Dynamik und mangelnde Effizienz in Forschung und Entwicklung. Fazit: Deutschland muss am Ball bleiben.

Erfahren Sie mehr zum VDE Thema Wasserstoff

Wasserstoff Innovation und Energie Abbildung in Form einer H2-Illustration in blauer Farbe
Thomas / stock.adobe.com

Wir brauchen Alternativen zu fossilen Energieträgern, um den langfristigen Erfolg der Energiewende zu sichern. Wasserstoff wird hier eine immer größere Rolle spielen. Lesen Sie mehr. 

VDE Thema Hydrogen

Das könnte Sie auch interessieren