Wasserstoff in der Energiewirtschaft
Einbindung von Energieversorgungsunternehmen (EVUs)

Hintergrund

Gegenwärtig befindet sich die Energieversorgungsbranche durch die Liberalisierung der Strom- und Gasmärkte in einem Wandel. Die früher vorhandenen Gebietsmonopole sind aufgebrochen, und der freie Handel auch über nationale Grenzen ist möglich. Von erheblicher Auswirkung sind die z.Z. stark fallenden Preise für Strom, die die Margen der Versorger reduzieren. Andererseits ergeben sich durch die Liberalisierung neue Freiheitsgrade, die von den Versorgern genutzt werden, z.B. überregionales Auftreten im Markt.

Die Prognosen zur Entwicklung des zukünftigen Strombedarfs gehen von einer Stagnation bzw. einer nur geringen Steigerung um 1 % p.a. aus. Vor dem Hintergrund der geringen Erlöse im Stromgeschäft sind einige Versorger bestrebt, ihre Geschäftsfelder auszuweiten: Stromhandel, Service-Leistungen wie Contracting oder die Definition neuer Strom-Anwendungen (z.B. Elektrolyse zur Wasserstoff-Erzeugung) sind einige Beispiele.

Für eine zukünftige Energieversorgung stehen nach heutiger Erkenntnis langfristig nur erneuerbare Energien oder Kernenergie zur Verfügung. Diese werden - abgesehen von Biomasse - zunächst als elektrische Energie angeboten, die zwar die hochwertigste Energieform, aber schwer speicher- und transportierbar ist. Um ein zu heute vergleichbares, universell einsetzbares Energieversorgungs-System zu gewährleisten, ist ein Sekundärenergieträger notwendig, der sowohl die Forderung nach Speicher- und Transportierbarkeit, als auch den Bedarf an anderen Energieformen als Strom erfüllt. Diese Aufgabe kann in optimaler Weise Wasserstoff übernehmen.

Entwicklung eines Wasserstoffmarktes

Wasserstoff wird sich in der Energieversorgung nur durchsetzen, wenn sich die Kostendifferenz zu konventionellen Energieträgern langfristig aufhebt, sei es durch einen Anstieg des Preisniveaus durch Verknappung konventioneller Energieträger, sei es durch Kostenreduktion in der Wasserstofferzeugung und -nutzung. Nur während der gegenwärtigen Phase der Pilotprojekte werden für eine vergleichbare Energiedienstleistung höhere spezifische Preise akzeptiert.

Die wesentliche Energiequelle zur H 2 -Erzeugung wird langfristig elektrische Energie sein unter der Voraussetzung, dass diese wiederum aus sauberen Quellen bereitgestellt wird. Biomasse, insbesondere Abfallbiomasse, kann ebenfalls einen merklichen Beitrag zur umweltverträglichen Wasserstofferzeugung leisten. Nach der letzten Shell-Studie werden regenerative Energien in weiten Bereichen in etwa 20 Jahren konkurrenzfähig sein und bis zum Jahr 2050 einen signifikanten Anteil an der Energieversorgung erreicht haben.

Eine etablierte saubere Technik ist die Nutzung der Wasserkraft, welche in favorisierten Regionen der Erde bereits heute Stromkosten von 2 bis 3 Pfennig/kWh ermöglicht. In Deutschland gelten gewöhnlich wesentlich höhere Gestehungskosten. Neben der quasi vollständig ausgebauten Wasserkraft (Gestehungskosten 5-10 Pfennig/kWh) ist in Deutschland das z. Zt. kommende Potential die Windenergie mit 10 bis 15 Pfennig/kWh, allerdings bei diskontinuierlichem Betrieb von jährlich nur 2.000 bis 3.000 Volllaststunden. Für Strom aus Biomasse - über die Umwandlungskette Biomassevergasung - Wasserstoff - Brennstoffzelle - werden bei zwei- bis dreifach höheren Jahresvolllaststunden vergleichbare Stromgestehungskosten für möglich gehalten.

Voraussichtlich über einen längeren Zeitraum wird H 2 aus fossilen Rohstoffen und als Nebenprodukt aus chemischen Prozessen billiger sein als H 2 aus Elektrolyse; allerdings eröffnen sich im freien Strommarkt auch neue Möglichkeiten über Einsatz freier, preiswerter Stromkontingente. In einer Übergangszeit kann H 2 aus fossilen Quellen die Wandlung des Energieversorgungssystems unterstützen. Der Einsatz im Verkehrsbereich fördert die Weiterentwicklung dieses Marktsegmentes. Im Vergleich zur heutigen direkten verbrennungsmotorischen Erdgasnutzung im städtischen Ballungsraum erlaubt der Einsatz von aus Erdgas gewonnenem Wasserstoff in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb eine Effizienzsteigerung und eine nochmals deutliche Emissionsreduktion.

Zeitlicher Horizont der Marktdurchdringung von Wasserstoff

Vor dem zeitlichen Horizont besitzt die mobile Anwendung Priorität, da hier die Vorteile von H 2 (speicherbar, transportierbar) am deutlichsten zum Tragen kommen und benötigt werden. Außerdem lässt sich im Verkehr mit Wasserstoff voraussichtlich schneller die Wettbewerbsfähigkeit erreichen als im stationären Sektor gegen das preiswerte Erdgas.

Die Rückverstromung von H 2 ist nur in Inselnetzen (z.B. Back-up Systeme, nicht ausgebaute Netzinfrastruktur), sowie bei einer hohen Durchdringung von H 2 im Energiebereich und bei einer sehr starken Strompreisspreizung zwischen Spitzen- und Schwachlastzeiten (wie z.B. gegenwärtig in den USA absehbar) sinnvoll.

Kundengruppen und Bedarfsstrukturen für Wasserstoff

Das Geschäftsfeld von Energieversorgungsunternehmen ist auf die Produktion, Verteilung und Lieferung von Nutzenergie konzentriert. Die Herstellung von Anlagen und Komponenten zur Energieerzeugung liegt nicht im EVU-Bereich. Dennoch ergeben sich speziell für Energieversorgungsunternehmen infolge sich ändernder Rahmenbedingungen, wachsender Anforderungen von außen und zunehmender Wettbewerbsbedingungen reizvolle Perspektiven durch den Wasserstoff-Energie-Pfad:

• Einstieg der Elektroenergieversorgung in den Treibstoffmarkt: insbesondere im Stromerzeugungsbereich ergibt sich durch elektrolytische Treibstoffproduktion ein neues Geschäftsfeld. Erste Pilotanlagen werden bei Flottenbetreibern installiert. Aus pragmatischen Gründen empfiehlt es sich, die H 2 -Betankungsanlagen (wie heute bereits beim Erdgas) in bestehende Mineralöltankstellen zu integrieren. Hieraus ergibt sich mittel- bis langfristig die Notwendigkeit, dass sich die EVUs mit den Mineralölfirmen verbünden.
• Für die Gasversorgung ergibt sich mit Wasserstoff eine nur durch die Primärenergie begrenzte Quelle. Sie ist dabei nicht nur auf elektrolytisch erzeugten Wasserstoff angewiesen; auch der Einsatz von Biomasse zur H 2 -Produktion ist möglich. Die Gaswirtschaft kann ihre umfassenden Erfahrungen auf den neuen Energieträger übertragen.
• Unternehmen, die aus ökologischen Gründen ihre Fahrzeugflotten (Autos, Schiffe) emissionsfrei betreiben wollen oder müssen, werden den aus emissionsfreiem Strom erzeugten Wasserstoff nutzen. In einer Vorstufe kann mit Wasserstoff fossiler Herkunft lokale Emissionsfreiheit gewährleistet werden (z.B. in Innenstädten oder touristischen Zentren).
• Energieversorgungsunternehmen mit hohen Windstromeinspeisungen werden durch lokale Wasserstofferzeugung ihre elektrischen Netze entlasten.
• Brennstoffzellenanlagen werden sich in der dezentralen Versorgung als Konkurrenz zu thermischen Kraftwerken im kleineren Leistungsbereich (einige 10 kW bis wenige MW) etablieren. Als Brennstoff für Brennstoffzellen ist üblicherweise Wasserstoff notwendig, der entweder in der Anlage aus einem fossilen Brennstoff wie Erdgas erzeugt wird (Reformierung) oder direkt der Brennstoffzelle zugeführt wird. Durch den direkten Einsatz von Wasserstoff reduziert sich die Anlagentechnik; auf die Reformierung kann verzichtet werden, und der Wirkungsgrad erhöht sich. Brennstoffzellenanlagen stellen ein flexibles Bindeglied in der Stromerzeugungstechnik zwischen den gegenwärtigen fossilen Brennstoffen und einer Wasserstoffwirtschaft dar.

Erste Einsatzmöglichkeiten für H 2 -Brennstoffzellen bieten sich in der USV, Notstromversorgung oder bei Kunden mit sehr hohen Anforderungen an die Netzstabilität (Frequenzregelung).

Date....

Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V. (DWV), Berlin