Stadtwerke und Wasserstoff – Hintergrund, Projekte, Fördermittel

​veröffentlicht am 04. November 2020; Zuletzt aktualisiert am 02. Dezember 2020

Mit der Verabschiedung der „nationalen Wasserstoffstrategie” im Juni 2020 setzt sich die Bundesregierung ehrgeizige Ziele, die Deutschland an die Spitze des Wasserstoff-Weltmarkts setzen sollen. Auch Europa soll führend in grüner Wasserstofftechnologie werden. Was bedeutet dies für Projektentwickler?

Wasserstoff-Farblehre

„Grüner” Wasserstoff wird durch das Elektrolyseverfahren gewonnen. Wasser wird in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten und beide Produkte können separat aufgefangen und vermarktet werden. Stammt der benötigte Strom aus regenerativen Energiequellen entstehen keine klimaschädlichen Emissionen.
Zurzeit handelt es sich aber bei über 90 Prozent des weltweit verbrauchten Wasserstoffs um sogenannten „grauen” Wasserstoff, welcher durch die emissionsintensive Dampfreformierung gewonnen wird. Dabei wird Erdgas unter großen Temperaturen in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt.

Wird das entstehende Kohlendioxid abgeschieden und durch Carbon-Capture-Technologien gespeichert, bezeichnet man ihn als emissionsneutralen, „blauen” Wasserstoff.

Darüber hinaus gibt es noch „türkisen” Wasserstoff, der durch die thermische Spaltung von Methan erzeugt wird. Wird der entstehende, feste Kohlenstoff dauerhaft gebunden, ist die Technologie CO₂-neutral.

Strategische Zukunftsmärkte

Grüner Wasserstoff ist nicht nur klimaschonend, sondern auch vielfältig einsetzbar und kann die Energiewende vor allem in den Sektoren voranbringen, die schwer zu elektrifizieren sind.

Um das im Klimaschutzprogramm festgelegte Ziel, einer Reduktion der CO₂-Emissionen bis 2030 im Vergleich zu 1990 um 55 Prozent, zu erreichen, setzt die Bundesregierung in der Wasserstoffstrategie vor allem auf die Bereiche Industrie und Verkehr.

Ein wichtiger Punkt in der deutschen Strategie ist die Substituierung von grauem Wasserstoff durch klimaneutralen, grünen Wasserstoff in der stofflichen Anwendung in der Chemieindustrie.

Ein weiterer Punkt ist der Einsatz in der Stahlindustrie, welche zu den CO₂-intensivsten Branchen des Landes gehört. Im Produktionsprozess weist die Hochofen-Route besonders hohe Emissionen auf, da große Mengen Koks benötigt werden. Nach Angaben des Umweltbundesamts ist die Stahlindustrie alleine für ca. 6,5 Prozent der deutschlandweiten CO₂-Emissionen verantwortlich. Eine Alternative zu den Hochöfen ist die Direktreduktion des Eisenerzes und eine anschließende Verarbeitung zu Stahl im Elektrolichtbogen.

Durch die neue Methode können fast alle prozessbedingten CO₂-Emissionen direkt vermieden werden. Führende Hersteller wie ThyssenKrupp, ArcelorMittal und Salzgitter planen bereits eine vollständige Umstellung der Produktionsstätten bis 2050.

Wasserstoff soll auch in Form von umweltfreundlichen, synthetischen Kraftstoffen im Straßen-, Schienen-, Luft- und Seeverkehr zum Einsatz kommen. Außerdem ist Wasserstoff direkt in Brennstoffzellen-Fahrzeugen einsetzbar, welche im öffentlichen Nahverkehr genutzt werden sollen. Dafür ist der Ausbau einer Tank-Infrastruktur essentiell.

Den erwarteten Bedarf von 90 bis 110 TWh bis 2030 sollen zum Teil neu zugebaute Elektrolyseure mit 5 GW Gesamtleistung decken. Zusätzlich sollen Windparks auf See und am Land für die benötigte Energieerzeugung ausgebaut werden.

Nicht nur Deutschland soll sich an der Spitze etablieren, ganz Europa soll marktführend in der Wasserstofftechnologie werden.

Schließlich ist die Technologie eine gute Möglichkeit das auch vom „EU Green Deal” festlegte 55 Prozent CO₂-Minderungsziel zu erreichen, und trotzdem wettbewerbsfähig zu bleiben. 

EU-Wasserstoffziele

Im Rahmen des EU Green Deals wurde im Juli 2020 die europäische Wasserstoffstrategie vorgestellt, welche aus drei Phasen besteht. Ab 2020 bis 2024 sollen mindestens 6 GW Elektrolyseurleistung installiert werden, vor allem in der Nähe der Stahl- und Chemieindustrie, sowie Raffinerien, um die Dekarbonisierung der Industrie zu unterstützen. Außerdem sollen bereits bestehende, konventionelle Wasserstofferzeugungsanlagen durch CC-Technologien klimaneutral gestalten werden.

In der zweiten Phase bis 2030 wird angenommen, dass die Produktion von grünem Wasserstoff wettbewerbsfähig im Vergleich zu anderen Erzeugungsarten sein wird. Bis 2030 soll ein freier Wasserstoffmarkt entstehen mit grenzüberschreitendem Handel. Insgesamt sollen 40 GW Leistung innerhalb der EU, und weitere 40 GW in Nicht-EU Ländern zugebaut werden, und weitere Maßnahmen wie der Ausbau der Speichertechnologien, der Infrastruktur und CC-Technologien sollen gefördert werden.
Die erforderlichen Investitionsmaßnahmen werden bis Ende 2030 mit 430 Milliarden Euro durch die „European Clean Hydrogen Alliance” unterstützt.

In der 3. Phase ab 2030 soll die Technologie voll wirtschaftlich und technisch ausgereift sein und in allen Sektoren, die bis dato schwer zu dekarbonisieren waren, eingesetzt werden. Insgesamt soll ein Viertel des gesamten Stroms aus EE-Anlagen für die Produktion von Wasserstoff genutzt werden und die Erneuerbaren Energien stark ausgebaut werden.

In der ersten Oktoberwoche lud Deutschland im Rahmen der EU-Ratspräsidentschaft zu einer internationalen – corona-bedingt virtuellen – Konferenz aus Berlin ein. Peter Altmaier betonte, dass bei Projekten für den raschen Hochlauf der europäischen Wasserstofftechnologie die öffentliche Förderung von zentraler Rolle sei. Großprojekte sollen als IPCEIs – Projekte mit besonderem Interesse – eingestuft werden, bei denen eine höhere staatliche Förderung erlaubt sei. Altmaier nannte die Umstellung eines Hochofens als Beispiel. Als weitere mögliche Förderungsmaßnahmen wurden CO₂- Differenzverträge mit Unternehmen, eine CO₂-Grenzsteuer oder Ausgleichsregelungen genannt.

Marktentwicklung durch „bunten” Wasserstoff

Mit der Nutzung von CCS-Technologien, setzt Europa zumindest übergangsweise auf einen „farbenfrohen” Wasserstoffansatz. Vertreter der Wirtschaft forderten zuletzt, dass man sich nicht an der „perfekten Farblehre” aufhängen solle. Eine „bunte” Herangehensweise unterstütze den Markthochlauf und die Marktentwicklung. Man dürfe sich nicht in jahrelangen Diskussionen verlieren. ¹ Viele Wissenschaftler hingegen fordern eine vollkommen grüne Strategie mit dem Fokus auf den verstärkten Ausbau der Erneuerbaren Energien und fordern das Ende der Subventionierungen für fossile Energieträger.

Entwicklungen der Wasserstoffinfrastruktur

Aktuell gibt es keine Wasserstoffnetze der öffentlichen Versorgung. Reine Wasserstoffnetzstrukturen gibt es zurzeit nur für die private Belieferung von industriellen Abnehmern, ohne Zugriff für Dritte. Das erste öffentliche Netz mit einer Länge von 130 km wird zurzeit in Zusammenarbeit von BP, Evonik, Nowega, OGE und RWE Generation entwickelt und soll ab Ende 2022 Abnehmer in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen mit grünem Wasserstoff aus einem 100-MW-Elektrolyseur in Lingen versorgen können.

Zur Errichtung eines reinen Wasserstoffnetzes können entweder neue Wasserstoffleitungen gebaut oder einzelne Stränge der existierenden Gasinfrastruktur genutzt werden. Die Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber Gas (FNP Gas) möchte eine deutschlandweite Wasserstoffinfrastruktur errichten mit einer Gesamtlänge von 5.900 km. Dabei handelt es sich zu 90 Prozent um bestehende Erdgasleitungen.
Außerdem besteht die Möglichkeit, den grünen Wasserstoff einfach dem Erdgasnetz beizumischen. Aktuell liegt die Beimischungsgrenze laut des Regelwerks des Vereins des Gas- und Wasserfaches bei 10 Vol.- Prozent, praktisch ist der Wert viel niedriger. Gasturbinenhersteller setzen die Grenze für Wasserstoff bei maximal 5 Vol.- %, teils sogar bei 1 Vol.- Prozent. Hersteller von Erdgasautos lassen maximal 2 Vol.-Prozent zu.

Der Energieversorger Avacon forscht aktuell an einer Beimischung von 20 Vol.- Prozent, um mit den gewonnenen Erkenntnissen die Beimischungsgrenze des Regelwerks zu erweitern. Ab Ende 2020 soll die erhöhte Beimischung in Sachsen-Anhalt praktisch geprüft werden.

Zuvor werden Netzbestandteile, Gasanwendungstechnik und bei Kunden verbaute Endgeräte sorgfältig auf die Wasserstoffverträglichkeit überprüft. Laut Bundesnetzagentur ist die Beimischung von Wasserstoff ins Gasnetz im großem Stil weniger wahrscheinlich. Auf der einen Seite seien Verbraucher bzw. Endgeräte sensibel gegenüber Veränderungen in der Beimischungsquote, auf der anderen Seite gäbe es auch in Zukunft Nachfrage nach reinem Wasserstoff und reinem Erdgas. Die BNetzA geht daher von einem Ausbau von 2 parallelen Infrastrukturen aus.

Eine Chance für Stadtwerke

Grüner Wasserstoff kann für Stadtwerke in allen Geschäftsbereichen von großem Interesse sein. Erste Versorgungsbetriebe setzen vor allem im Bereich ÖPNV auf die neue Technologie. Für Versorger besteht auch die Möglichkeit, sich H2-Projekte umfangreich fördern zu lassen.

Zum Beispiel wird laut der nationalen Wasserstoffstrategie die Anschaffung von Bussen mit alternativen Antrieben mit 600 Millionen Euro gefördert.² Neben dieser einen Möglichkeit stehen aufgrund des hohen Forschungs- und Entwicklungsbedarfs viele Fördermaßnahmen zur Verfügung (siehe unten für eine nicht abschließende Liste aktueller Förderungen).

Die Stadtwerke Bielefeld bestellten mithilfe Fördergeldern des Landes NRW 4 Wasserstoffbusse und die benötigte Tankstelleninfrastruktur. Ohne Fördergelder wäre die Anschaffung nicht rentabel gewesen, jedoch in
Bezug auf die Schafstoffbelastung in der Innenstadt nötig gewesen. Die geplante H2-Tankstelle wird zu 90 Prozent gefördert, die Busse zu 60 Prozent. Zur Jahreswende 2021/22 soll der Betrieb starten. Auch in Wuppertal besteht großes Interesse an Wasserstoff, seit Sommer dieses Jahres sind dort 10 Brennstoffzellen-
Busse in Betrieb. Im nächsten Jahr sollen 10 weitere folgen. Bei der benötigten Energieversorgung gehen die Stadtwerke Wuppertal in Kooperation mit der Abfallwirtschaftsgesellschaft Wuppertal (AWG) einen innovativen Weg der Kreislaufwirtschaft: Der Strom für den Elektrolyseur stammt direkt aus dem Heizkraftwerk der örtlichen Müllverbrennungsanlage. Für das Konzept wurden die Stadtwerke und die AWG mit dem Stadtwerke-Award 2019 ausgezeichnet.

Die Stadtwerke Esslingen haben einen Weg gefunden, Wasserstoff in die wichtigsten Geschäftsfelder zu integrieren. Sie konzipieren aktuell ein Quartier im Zentrum der Stadt, das hinsichtlich Wärme- und Stromversorgung sowie Verkehr klimaneutral gestaltet werden soll. Dabei spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle. Überschüssiger Strom aus PV-Anlagen soll grünen Wasserstoff produzieren, die entstehende Abwärme soll zum Heizen genutzt werden. Der Wasserstoff kann anschließend in einem BHKW eingesetzt werden. Außerdem soll zum Teil ins Erdgasnetz eingespeist werden. Perspektivisch wird das Quartier um eine H2-Tankstelle ergänzt.

Die Bundesregierung fördert die Hälfte der Investitionskosten des Projekt, die 12 Millionen Euro betragen.

Fazit

Deutschland und Europa haben sich zwar gute Ziele gesetzt, die zum Klimaschutz beitragen können, stehen aber noch relativ am Anfang. In Deutschland wird weniger als 2 Prozent der gesamten Primärenergie durch Wasserstoff gedeckt, davon wiederum nur 7 Prozent durch das Elektrolyseverfahren.
Auch andere Länder sehen großes Potenzial in der Technologie und möchten Marktführer werden. Obwohl Deutschland 20 Prozent der weltweiten Elektrolysekapazität besitzt, ist Japan marktführend und hat bereits 2017 eine Wasserstoffstrategie entwickelt. Auch Südkorea und Australien haben sich vor Deutschland und Europa auf den Wasserstoffkurs begeben, China und Russland bereiten den Einstieg vor. Es liegt also daran durch konkrete und effektive Maßnahmen die Wasserstoffstrategien bald umzusetzen.

Für Projektentwickler bedeutet es vor allen Dingen die Option Wasserstoff nicht aus den Augen zu verlieren. Sollte man für Projekte in entsprechende Fördertöpfe (siehe auch Tabelle unten) greifen können und so die noch zu hohen Investitionskosten für Elektrolyseure in den Griff bekommen, können interessante Projekte entstehen. Gerade im öffentlichen Raum – Stichwort öffentlicher Nahverkehr, Busse – besteht erheblicher Druck mit Wasserstoffbussen ein Zeichen für die Verkehrswende zu setzen. In solchen dezentralen Projekten wächst dann mit Energie- und Verkehrswende etwas was zusammen, was auch immer zusammen gedacht gehört.   

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¹ Energate vom 29.9.2020: Gasausstieg in der Debatte 

²Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung.

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