– Abstract- Für die angestrebte Energiewende ist Wasserstoff ein zentraler Bestandteil.

(WK-intern) – Es gilt, mit überschüssigem Solar- und Windstrom grünen Wasserstoff zu erzeugen und saisonal zu speichern.

Der stolpernde Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft wird allenthalben beklagt.

In der vorliegenden Studie werden Wege für einen Einstieg in die grüne Wasserstoffwirtschaft aufgezeigt. Die Herausforderung liegt darin, dass bei schwankender Verfügbarkeit von Solar- und Windstrom im Stromnetz Elektrolyseure zur Erzeugung von grünem Wasserstoff nicht in Dauereinsatz betrieben erden können. Daraus ergibt sich ein enger Zusammenhang zwischen der Verfügbarkeit von grünem Strom im Netz und den nutzbaren Betriebsstunden für die Elektrolyse.

Bisherige Studien haben den angesprochenen Zusammenhang zwischen EE-Stromanteil im Netz und Betriebsstunden für die Elektrolyse thematisiert, aber mit pauschalen Annahmen gearbeitet:
In der vorliegenden Studie wird nun auf empirische Daten zurückgegriffen, um diesen Zusammenhang zu konkretisieren. Zugrunde liegt ein Rechenmodell, das für den aktuellen Jahreszeitraum II. Halbjahr 2023 und I. Halbjahr 2024 auf Stundenbasis die Grünstromanteile und die jeweiligen Börsenstrompreise (Day-Ahead-Auktion) auswertet.

Aus diesem Zusammenhang wird der Frage nachgegangen, bei welchem Prozentanteil regenerativen Stroms und den damit verbundenen Betriebsstunden die Elektrolyse von grünem Wasserstoff wirtschaftlich betrieben werden kann. Das Optimum der Wirtschaftlichkeit liegt bei 70 % stündlichem grünem Stromanteil im Netz. An ca. 2.900 Stunden im Jahr liegt der Anteil grünen Stroms im Netz bei 70 % und mehr. Der Durchschnittspreis an der Strombörse liegt für diese 2.900 Stunden bei 3,9 ct./KWh. Unter diesen Prämissen ist die grüne Wasserstoffelektrolyse wirtschaftlich, wenn auch nur knapp.

Die Wirtschaftlichkeit der Elektrolyse grünen Wasserstoffs setzt voraus, dass die Anlagekosten für die Elektrolyseanlage unter € 1.000.-/KWh H2/h liegen.

Preise unter dieser Gewinnschwelle erreichen derzeit nur Anlagen mit alkalischer Elektrolyse (AEL). Mit der alkalischen Elektrolyse ist eine grüne Wasserstoffherstellung zwar möglich, aber für den getakteten Betrieb entsprechend der Verfügbarkeit von grünem Strom ist sie nicht ideal geeignet. Die PEM-Elektrolyse ist hier technisch deutlich besser geeignet, erscheint aber wegen der hohen Kosten der verwendeten Edelmetalle für einen wirtschaftlichen Einsatz ungeeignet. Alle Hoffnungen ruhen deshalb derzeit auf der AEM-Elektrolyse, auf deren Basis erste industrielle Anlagen im MW-Bereich in Containerbauweise verfügbar sind. Hier müssten die Preise zum gegenwärtigen Stand aber noch um 1/3 oder mehr sinken, um in den Sektoren Industrie und Energie wirtschaftlich eingesetzt werden zu können.

Die Frage ist, welche regulatorische Definition für “grünen“ Wasserstoff für den Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft förderlich ist. Die für den Sektor Verkehr in der 37. BImSchV vorgenommene Definition grünen Wasserstoffs ist für die Sektoren Industrie und Energie nicht geeignet. In die richtige Richtung geht die Regelung in § 4 Abs. (3), Nr 2. des Entwurfs für das Wasserstoffbeschleunigungsgesetz.

Der dort genannte Wert von 80 % Grünstromanteil scheint aber unter Berücksichtigung der mit der Wasserstoffelektrolyse verbundenen Risiken als zu hoch, um den
Weg in den Wasserstoff-Hochlauf zu ebnen. Die Ergebnisse der Studie legen nahe, die Hürde für die Erzeugung von grünem Wasserstoff nicht höher als 70 % EE-Stromanteil zu setzen. Mit diesem Wert ist eine gute Balance zwischen ökonomischer Wirtschaftlichkeit und ökologischer Wirksamkeit bezogen auf das Ziel Klimaschutz gefunden. Die 70 % EE-Stromanteil lassen sich in Zukunft hinsichtlich des zunehmenden Ausbaus regenerativer Energien im Stromnetz gleitend anpassen. Hierzu werden in der Studie konkrete Vorschläge gemacht.

Studie: Kurzfassung

Studie: Langfassung

PM: Dr. Axel Mueller / novaro Energiesysteme / www.novaro.de

PB: Schöne neue Klimawelt – Wie der grüne Wasserstoffhochlauf gelingen kann / ©: novaro Energiesysteme