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Enerige & Management > Wasserstoff - Pluspunkte für blauen Wasserstoff mit einem Aber
Bild: Shutterstock, Alexander Limbach
WASSERSTOFF:
Pluspunkte für blauen Wasserstoff mit einem Aber
Die Dampfreformierung mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung ist die günstigste Technologie zur Wasserstoffherstellung. Dies zeigt ein Vergleich der Herstellungsverfahren des DVGW.
 
Den Druck, unter dem die Energiebranche steht, umriss Michael Riechel, der Präsident des Deutschen Verbandes des Gas- und Wasserfaches" (DVGW) in seiner Videobotschaft zum Auftakt der vom Verband veranstalteten Wasserstoffwochen am 7. Juni. "Deutschland soll 2045 klimaneutral werden. Wir müssen also noch stärker und schneller CO2-Emissionen reduzieren, als bisher angenommen." Für die Energiebranche und insbesondere die Gaswirtschaft bedeute dies, dass "wir die Wasserstoffwirtschaft zügig hochfahren müssen".

Wie die unterschiedlichen Herstellungsverfahren des Wasserstoffs techno-ökonomisch abschneiden, beleuchtete Katharina Bär in ihrem Vortrag. Als Projektingenieurin ist Bär an der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) tätig. Zusammen mit Partnern untersuchte sie im Rahmen des DVGW-Leitprojekts "Roadmap Gas 2050" verschiedene Erzeugungsverfahren, die sich durch einen hohen Technologiereifegrad auszeichnen oder sich mittelfristig in der großtechnischen Produktion einsetzen lassen. Betrachtet wurden die Wasserelektrolyse, die Dampfreformierung mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) und die Methanpyrolyse.

Die Wasserelektrolyse

In der Prozesskette der Wasserstofferzeugung über die Elektrolyse wählten die Studienautorinnen und -autoren Marokko zum bestmöglichen Wasserstofferzeugungsort. "Im Vergleich zu anderen Staaten in der Mena-Region hat Marokko in unserer Betrachtung vergleichsweise gut abgeschnitten", so Bär mit Blick auf die Anzahl der Sonnenstunden, die Vor-Ort-Verfügbarkeit von Arbeitskräften und die politische Stabilität in der Region "Middle East & North Africa". Angenommen wurde eine Produktionsleistung in Höhe des für 2030 ausgelobten Wasserstoffbedarfs in Deutschland von 120 Mrd. kWh pro Jahr.

Die Forschenden berücksichtigten die Kosten für eine Meerwasserentsalzungsanlage, die Wasserstoffherstellung über die PEM (Protonen-Austausch-Membran)-Elektrolyse vor Ort und den leitungsgebundenen Wasserstofftransport über eine Strecke von 3.000 Kilometern nach Deutschland. "Beim Transport sind wir von einem Neubau der Wasserstoffleitung und einem Betriebsdruck von 100 bar ausgegangen, wobei der erste Teil der Leitung außerdem zur Zwischenspeicherung des volatilen, über Photovoltaik und Elektrolyse produzierten Wasserstoffs dient", so Bär. Im zweiten Leitungsabschnitt sorgen Verdichterstationen in einem Abstand für den nötigen Betriebsdruck.

Erdgasreformierung mit CCS sowie Erdgaspyrolyse

Von einer Produktionsleistung von etwa 3 Mrd. kWh Wasserstoff pro Jahr bei kontinuierlichem Betrieb gingen die Forschenden bei den beiden betrachteten Verfahren der Dampfreformierung mit CCS (blauer Wasserstoff) und der Erdgaspyrolyse (türkiser Wasserstoff) aus. Prinzipiell seien auch größere Leistungen denkbar gewesen, so Bär. Allerdings hätten sich aufgrund der begrenzten Reaktorgrößen keine wesentlichen Potenziale zur Kostensenkung ergeben. Die Offshore-Speicherung des CO2 in einem erschöpften Erdgasfeld in der Nordsee flossen in die Betrachtung mit ein.

Fazit der Analyse

Mit 2,30 Euro pro Kilogramm Wasserstoff ist die Erzeugung aus fossilen Quellen gegenwärtig mittels Dampfreformierung inklusive CCS am günstigsten. Wasserstoff aus der Erdgaspyrolyse würde nach den Berechnungen mit 2,70 Euro pro Kilogramm Wasserstoff zu Buche schlagen. Dieser Wert sei jedoch, so Bär, mit großer Unsicherheit behaftet, da das Verfahren noch nicht großtechnisch umgesetzt wurde. Abweichungen bei Investitions- und Betriebskosten seien möglich. Die Kosten für die Methanreformierung mit CCS seien dagegen gut ermittelbar. "Jedoch will kaum einer CO2 unter seinen Füßen haben", erklärte Bär die bestehenden Akzeptanzprobleme in Deutschland.
 
Die Wasserstoffbereitstellungskosten im Vergleich. Zum Vergrößern bitte auf die Grafik klicken
Quelle: DVGW, EBI

Die Wasserstoffherstellung über Elektrolyse liegt gegenwärtig noch weit über den Kosten der anderen beiden Verfahren. Jedoch geht Bär hier von einer deutlichen Kostensenkung aus, insbesondere bei den Investitionskosten für Elektrolyseure und den Stromerzeugungskosten. Bis 2050 könnten die Bereitstellungskosten von Wasserstoff aus der Mena-Region um etwa 50 % sinken. Weitere Kostensenkungspotenziale würden sich durch die Nutzung bereits vorhandener Erdgasinfrastruktur ergeben. Je nach Umrüstungsaufwand bestehender Leitungen könnten die Kosten des Wasserstofftransports von der Mena-Region bis nach Deutschland von 0,67 Euro pro Kilogramm Wasserstoff (Preis für neu gebaute Leitungen) auf 0,21 bis 0,45 Euro pro Kilogramm sinken.

Die Ergebnisse des Leitprojekts "Roadmap Gas 2050"  unter anderem zum Vergleich von Wasserstoffbereitstellungsoptionen stellt der DVGW auf seiner Internetseite zum Download bereits.
 

Davina Spohn
Redakteurin
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Montag, 07.06.2021, 16:28 Uhr

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