Der derzeitige Mangel an Infrastruktur sowie die höheren Kosten für die Herstellung von Wasserstoff asl Energiequelle bremst zurzeit noch die Nachfrage.
Die Regierungen von den USA und von China beschleunighen den Wandel zu umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff.
Das US-Energieministerium schätzt, dass die Wasserstoffwirtschaft allein in den USA mehr als drei Millionen Arbeitsplätze schaffen kann.
Obgleich Wasserstoff überall von der Luft bis zum Boden und sogar im Weltraum zu finden ist, ist Wasserstoff auch an andere Elemente gebunden; daher muss er erst extrahiert werden, bevor er als Energiequelle genutzt werden kann.
Traditionell wird Wasserstoff mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas, Erdöl und Kohle hergestellt. Aber die Nachfrage nach einer umweltfreundlichen Erzeugung von Wasserstoff hat zugenommen. Dazu wird ein Verfahren namens Elektrolyse verwendet, bei dem Wasser mit Hilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Derzeit macht diese Methode nur 1% der gesamten Wasserstoffproduktion aus, aber Wasserstoff muss, um wirklich umweltfreundlich zu sein, mit erneuerbarer Energie erzeugt werden.
„Während die notwendige Infrastruktur noch in den Kinderschuhen steckt, sehen wir weltweit ein starkes Engagement für Forschung und Entwicklung, das sowohl von der Haushaltspolitik als auch von anderen politischen Maßnahmen unterstützt wird“, so Portfolio Manager Rob Zeuthen. „Das Hauptproblem ist der derzeitige Mangel an Infrastruktur sowie die höheren Kosten für die Herstellung von umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff.“
„Sobald die Infrastruktur ausgebaut ist und die Gesamtnachfrage steigt, glauben wir, dass die Kosten auf ein wettbewerbsfähiges Niveau sinken werden.“
Regierungen beschleunigen den Wandel
Eines der vorherrschenden Themen, das die Nachfrage nach umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff beschleunigt, ist die globale Umstellung auf Netto-Null-Kohlenstoffemissionen. Viele Regionen auf der ganzen Welt haben ihre Regierungspolitik auf Investitionen in Wasserstoff ausgerichtet. Die aggressivste Region war bisher Europa. Der europäische Grüne Deal[1] zielt auf bis zu 470 Mrd. EUR kumulierte Finanzierung für das Ökosystem des erneuerbaren Wasserstoffs bis 2050[2] ab. Die Mittel werden in drei Bereiche fließen:
- Steigerung der Produktion von umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff auf 10 Millionen Tonnen bis 2030
- Erhöhung der Elektrolyse-Produktionskapazität[3] auf 6 Gigawatt (GW) bis 2024 und 40 GW bis 2030
- Schaffung eines auf Euro lautenden Marktes für erneuerbaren Wasserstoff
China ist ebenfalls ein großer Befürworter des Aufbaus von Infrastruktur, um umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff zu einer praktikablen Energieoption zu machen. Bis zum Jahr 2030 soll in China eine Million wasserstoffbetriebene Fahrzeuge auf den Straßen unterwegs sein, derzeit sind es nur 5.000.[4] Ebenso soll bis 2050 10% der Energie aus Wasserstoff gewonnen werden.[5]
In den USA ist das Bild etwas anders, aber in einigen US-Staaten werden Fortschritte gemacht. „Die USA haben zwar noch keinen formellen landesweiten Wasserstoffplan, aber wir erwarten, dass die Biden-Regierung einen solchen herausgeben wird“, sagt Zeuthen. „Allerdings gibt es in Kalifornien bereits eine Richtlinie, die besagt, dass der Anteil von umweltfreundlich erzeugtem Wasserstoff im Transportwesen bis 2030 50% und bis 2050 90% betragen muss.“
Das US-Energieministerium (DoE) schätzt, dass die Wasserstoffwirtschaft bis 2050 jährlich 750 Milliarden USD einbringen und allein in den USA mehr als drei Millionen Arbeitsplätze schaffen kann.[6] Darüber hinaus geht die Behörde davon aus, dass Wasserstofftechnologien wie Brennstoffzellen, die Wasserstoff zur Stromerzeugung nutzen, bis 2050 weltweit einen Umsatz von 2,5 Billionen USD einbringen können. Das DoE geht davon aus, dass die kumulativen Ausgaben für die Wasserstoffinfrastruktur für Produktion, Speicherung und Transport bis 2050 11 Billionen USD erreichen könnten.
Sind wir schon soweit?
Im Vergleich zu batteriebetriebenen Fahrzeugen liegt ein Vorteil von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV), die mit Wasserstoff betrieben werden, in den schnelleren Aufladezeiten, was zu weniger Unterbrechungen der Fahrtroute führt. Obwohl die Kosten nicht ideal sind, da FCEV-Lkws etwa dreimal so teuer sind wie mit Diesel betriebene Lkws, könnten sie – laut Hydrogen Council – bis 2030 auf das 1,2-fache des Dieselpreises sinken.[7]
Um Fahrzeuge mit Wasserstoff anzutreiben, werden Brennstoffzellen[8] eingesetzt, die den Wasserstoff in Strom umwandeln. Angetrieben werden sie von Brennstoffzellenstapeln, um die Spannungskapazität zu erhöhen. Da der Stapel die Hälfte der Kosten des Wasserstoff-Brennstoffzellensystems ausmacht, wird eine verbesserte Technologie benötigt, um die Erschwinglichkeit zu erhöhen.
Ein weiterer Vorteil von FCEV im Vergleich zu batteriebetriebenen Lkws ist ein leichteres Antriebsstrangsystem, was dazu führt, dass mehr Ladung transportiert werden kann. Da ein batteriebetriebenes System schwerer sein kann, kann es sich auf die Nutzlastkapazität[9] eines, was letztlich negative wirtschaftliche Auswirkungen für die Speditionsunternehmen hat.
Während batteriebetriebene E-Fahrzeuge bei den PKW in aller Munde sind, eignet sich Wasserstoff wahrscheinlich zunächst besser für größere Nutzfahrzeuge.
„Auf dem Weg zu einer emissionsfreien oder emissionsärmeren Welt sehen wir die Lkw-Industrie, insbesondere das Mittel- und Langstreckensegment, als den Bereich, in dem es am wahrscheinlichsten ist, dass sich Wasserstoff als Kraftstoff durchsetzen wird“, fügt der Portfolio Manager Frank Goguen hinzu. „Ein Wachstumspotenzial sehen wir auch bei Bussen und Bahnen, da sie über feste Strecken verfügen, auf denen die Betankungsinfrastruktur leicht zugänglich positioniert werden kann.“
Mehr als nur ein Transportkraftstoff
Es wird erwartet, dass Wasserstoff im Transportwesen an Zugkraft gewinnt, aber Wasserstoff hat heute bereits eine Vielzahl von Anwendungen. Derzeit wird Wasserstoff als chemisches Ausgangsmaterial (Rohstoff) in Raffinerien und bei der Herstellung von Ammoniak, Methanol, Stahl und Zement sowie in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet.
„Diese Branchen werden Wasserstoff weiterhin als Rohstoff verwenden, während neuere Anwendungen ihn als Energiequelle nutzen werden. Dazu gehören Transportsegmente wie Busse, Lkw, Bahn, Luft- und Schifffahrt sowie Energiespeicher, die für stationäre Anwendungen und die Notstromversorgung von Stromnetzen und Rechenzentren genutzt werden“, so Zeuthen weiter.
Während es an Nachfrage nicht mangeln dürfte, sind die Kosten für umweltfreundlich erzeugten Wasserstoff ein Haupthindernis für die praktische Anwendung gewesen. Aber mit fortschreitender Innovation dürften die Kosten – laut Natural Resources Defense Council – bis 2030 die Parität mit Wasserstoff erreichen, der mithilfe fossiler Brennstoffe erzeugt wird.[10]
„Die Steigerung der Produktionskapazitäten von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren wird die Kosten für Wasserstoff senken, ebenso wie die sinkenden Kosten für Strom aus erneuerbaren Energien. Letztendlich wird dies zu einem Preis auf oder unter der Parität von fossilen Brennstoffen führen, was ihn wirtschaftlich rentabel macht“, schließt Zeuthen.
[1] A set of policy initiatives by the European Commission with the goal of making Europe climate neutral in 2050.
[2] IHS Markit: Europe emerges as leader in hydrogen economy. 15. Dezember 2020.
[3] A system that uses electricity to break water into hydrogen and oxygen in a process calls electrolysis.
[4] Automotive World: China looks to repeat EV success with fuel cell vehicles. 8. März 2021.
[5] Renewable Energy World: Hydrogen is expected to account for 10% of China’s energy network by 2050. 26. August 2019.
[6] IHS Markit: US demand for hydrogen may quadruple by 2050: NREL. 16. November 2020
[7] India’s energy transition towards a green hydrogen economy. Dezember 2020.
[8] A fuel cell has three layers, being the cathode, anode, and electrolyte membrane (which is similar to an electric vehicle’s lithium-ion battery layout). Hydrogen flows through the anode and oxygen goes through the cathode. On the anode side, a catalyst (such as platinum) breaks the hydrogen into electrons and protons, with the protons passing through the membrane and electrons into a circuit for electricity and heat generation. On the cathode side the protons, electrons, and oxygen combine to produce water.
[9] The maximum amount of weight you can safely add to a truck’s cargo area in addition to its empty weight.
[10] Institute for energy economics and financial analysis: IHS Markit says green hydrogen will be cost competitive by 2030. 16. Juli 2020.
