Wasserstoffproduktion aus unterschiedlichen Quellen (siehe Abbildung 1), Konditionierung


Detaillierte Bewertung des Technologiefeldes



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Detaillierte Bewertung des Technologiefeldes


Aufgrund der mit Wasserstoff verbundenen Forschungs- und Entwicklungsrisiken wurde dieses Technologiefeld als relevant für die Forschungsförderung eingestuft. Daher erfolgt eine detaillierte Bewertung anhand der Kriterien 4 bis 10.

1.1.1.7Kriterium 4: Potenziale


In Energieszenarien aktueller Studien wird bis zum Jahre 2050 ein Anteil der energetischen Nutzung von Wasserstoff am weltweiten Endenergieverbrauch von 3 bis 8 % für möglich gehalten. Der Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft wird frühestens ab dem Jahre 2013 gesehen. Danach ist aufgrund des notwendigen Infrastrukturaufbaus, der langsamen Marktpenetration von neuen Fahrzeugen (Lebenszeit von Fahrzeugen und Energieversorgungsanlagen, begrenzte Zahl an Anbietern, Koexistenz zum Tankstellenaufbau) und weiteren technologischen Entwicklungen mit einer langsamen Marktdurchdringung zu rechnen (in einem sehr optimistischen Fall sind es maximal knapp 30 % des Fahrzeugbestands bis 2030 und 80 % bis 2050). In Tabelle xx werden die Potenziale für die Welt und für Deutschland dargestellt, die auf der Basis von aktuellen Studien zusammengetragen wurden.

Zu den Umweltvorteilen ist zu sagen, dass Wasserstoff in Verbindung mit Brennstoffzellen für mobile Anwendungen insbesondere auch lokale Emissionen (Feinstaub,


Ozonvorläufersubstanzen, Säurebildner und Lärm) deutlich reduziert (siehe zu Zahlen für Europa (HyWays (2007)).

Tabelle 12: Einschätzung der realisierbaren Marktdurchdringung Wasserstoff für mobile Anwendungen (Energieerzeugung)



Wasserstoff

Deutschland

Weltweit

Jahr

2007

2020

2030

2050

2007

2020

2030

2050

Energieerzeugung H2 für mobile Anwendungen [TWh]

0

3

28

133

0

80

1.300

3.300

Geschätztes Investitionsvolumen
[Mrd. €2005/Jahr]



0,6

2,8

6,1



16

130

150

Energieeinsparung

[TWh/Jahr]





2

20

170









CO2-Einsparung
[Mio t/Jahr]



0,6

7

40







<100

1.500

Quellen: Zahlen für Deutschland aus GermanHy (2008) (moderates Szenario, bis auf Investitionen und CO2-Emissionen: eigene Berechnungen auf Basis von GermanHy) und für die Welt aus IEA (2007) (TECH-PLUS-Szenario). Anmerkung: beide beinhalten nur Wasserstoffproduktion für mobile Anwendungen; für europäische Szenarien wird auf HyWays (2007a) European Hydrogen Energy Roadmap und WETO-H2 (2007) verwiesen.

Tabelle 13: Einschätzung der realisierbaren Marktdurchdringung Wasserstoff für stationäre Anwendungen (Energieerzeugung)



Wasserstoff

Deutschland

Weltweit

Jahr

2007

2020

2030

2050

2007

2020

2030

2050

Energieerzeugung H2 für mobile
Anwendungen [TWh]

0



9

27

0



26

670

Quellen: Zahlen für Deutschland aus HyWays (2007b), Zahlen für die Welt: eigene Abschätzung

1.1.1.8Kriterium 5: Abhängigkeit von Infrastrukturen


Für die Versorgung von stationären und mobilen Anwendungen muss eine Wasserstoffversorgungsinfrastruktur aufgebaut werden. In GermanyHy (2008) ist ein derartiger Aufbau für Deutschland skizziert. Industrielle Initiativen befinden sich derzeit aktuell in Vorbereitung.

Tabelle 14: Abhängigkeit bei Wasserstoff von Infrastrukturen



Die Nutzung der Technologie(n) ist unabhängig von Infrastrukturen möglich

 Ja

 Nein

Die Nutzung und Verbreitung der Technologie(n) ist von bestehenden Infrastrukturen abhängig

 Ja

 Nein

Zur Verbreitung und Nutzung der Technologie(n) müssen bestehende Infrastrukturen ausgebaut werden

 Ja

Nein

Zur Verbreitung und Nutzung der Technologie(n) müssen neue Infrastrukturen gebaut werden

 Ja

 Nein

1.1.1.9Kriterium 6: Kosteneffizienz


Das Wasserstoffantriebsystem in den Fahrzeugen ist für die Wirtschaftlichkeit viel entscheidender als die Infrastruktur, jedoch wird auch kein Markt ohne entsprechende Versorgungsinfrastruktur für Wasserstoff als Kraftstoff entstehen. Zurzeit liegen diese Kosten weit über den der konventionellen Antriebsysteme, und eine deutliche Kostenminderung muss erreicht werden. Als Zielgröße nennen Automobilhersteller die Kosten eines modernen Diesel-Fahrzeuges. Aufgrund der geringeren beweglichen Teile sowie der niedrigeren Materialkosten (bis auf Platin) wird diese Kostensenkung von Experten als erreichbar eingestuft. Allerdings sind hier enorme Aufwendungen notwendig (deutlich mehr als für den Aufbau der Infrastruktur), um u. a. die notwendigen Lernkurveneffekte zu erzielen. Die besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer flächendeckenden Wasserstoff-Versorgungsinfrastruktur liegen in der Notwendigkeit zur Risikoverteilung durch Kooperation industrieller und politischer Partner, insbesondere im schwierigen Kraftstoff-Retailgeschäft.

Betrachtet man ausschließlich die Herstellungskosten von Wasserstoff bis zum Tank, dann werden die günstigen Wasserstoffpfade in einer Phase der vollen Kommerzialisierung bei Einsatz in Brennstoffzellenfahrzeugen ab einem Rohölpreis von 60 bis 80 $/bbl konkurrenzfähig mit den konventionellen Kraftstoffen in einer Phase der vollen Kommerzialisierung (Anteil an Wasserstofffahrzeugen am Fahrzeugbestand bei ca. 10 %) bei Einsatz in Brennstoffzellenfahrzeugen. Durch die Unterauslastung der Infrastruktur ist er allerdings in der Einführungsphase deutlich teurer.

Somit sind die hohen Anfangsinvestitionen für die Einführung dieser Technologie weitere wesentliche Barrieren. Weiterhin besteht eine Unsicherheit, ob die Wirtschaftlichkeit überhaupt jemals erreicht werden kann.

Tabelle 15: Jährliche Kosteneinsparpotenziale durch Wasserstoff



Einfluss auf die Kosteneffizienz der Energieversorgung
durch den Einsatz von Wasserstoff





Verringerung der Kosten um…

ODER

Erhöhung der Kosten um…

>100 %

>60 % bis ≤100 %

>30 % bis ≤60 %

>0 % bis ≤30 %

0 %

>0 % bis ≤30 %

>30 % bis ≤60 %

>60 % bis ≤100 %

>100 %

Szenario 1:
Moderat


2020



















2030



















2050



















Szenario 2:
Klima


2020



















2030



















2050



















Szenario 3:
Ressourcen


2020



















2030



















2050



















Anmerkung: Es sollen die Einsparungen im Bezugsjahr berechnet werden, nicht die kumulierten Einsparungen bis zum Bezugsjahr.

1.1.1.10Kriterium 7: Pfadabhängigkeit und Reaktionsfähigkeit


Der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur ist kapitalintensiv, und die meisten Anlagen der Wasserstoffproduktion, der Konditionierung, der Verteilung und des Transports haben lange Lebensdauern von über 30 Jahren. Mit dem Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur begibt man sich somit in eine Pfadabhängigkeit bzgl. der Endenergie, aber in eine Pfadunabhängigkeit bzgl. der Primärenergie äquivalent zur Elektrizität.

1.1.1.11Kriterium 8: Beitrag zur Energieeffizienz


Die Effizienz vom Wasserstoffeinsatz im mobilen Sektor in Verbindung mit Brennstoffzellen hängt stark von den Herstellungspfaden ab und weicht zum Teil (bei den fossilen Herstellungspfaden kaum von den heutigen konventionellen Antriebssystemen ab. Wasserstoff auf Basis regenerativer Energieträger kann sehr deutlich zur Ressourcenschonung beitragen. Die deutlich effizientere Nutzung von Biomasse zur Wasserstoffherstellung gegenüber Biomassekraftstoffen der ersten und zweiten Generation sowie die Option zur effizienten Nutzung von Überschussstrommengen fluktuierender erneuerbarer Energieträger führt durch die effizientere Nutzung zur besseren Ressourcennutzung.

Tabelle 16: Jährlich vermiedener Primärenergieeinsatz durch Wasserstoff im Verkehrssektor (siehe)



Vermiedener Primärenergieeinsatz durch Einsatz von Wasserstoff

Szenario 1:
Moderat


Szenario 2:
Klima


Szenario 3:
Ressourcen


2020

< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


2030

< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


< 100 PJ

100-300 PJ 

> 300 PJ 


2050

< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


< 100 PJ 

100-300 PJ 

> 300 PJ 


Quelle: Siehe zu Zahlen GermanHy (2008), moderates Szenario

1.1.1.12Kriterium 9: Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz


Die Auswirkungen auf Treibhausgase durch Wasserstoff als sekundärer Energieträger hängen u. a. von den Primärenergiequellen, der Produktion, dem Transport und der Verteilung, der Konditionierung und der Anwendung ab. Für Wasserstoffanwendungen im Verkehr (überwiegend bei Brennstoffzellen-PKW,  Bussen und  Leichttransportern) kommen die meisten Systemstudien7 zu dem Fazit, dass eine zum Teil deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen erreicht werden kann. Dies ist gerade im Verkehrssektor mit zurzeit steigenden Treibhausgasemissionen und wachsender Bedeutung für Klimaschutzmaßnahmen von hoher Relevanz.

Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellenfahrzeuge können in großem Umfang zur Reduzierung der Feinstaubemissionen, der NOx- und VOC-Emissionen (Sommersmog, „saurer Regen“, Eutrophierung) sowie zur Reduzierung der Lärmemissionen beitragen, selbst bei Beibehaltung des gewohnten Fahrkomforts für den Kunden. Dies sind Effekte, die in der allgemeinen Diskussion um Wasserstoff oft vernachlässigt werden.

Tabelle 17: Jährlich vermiedene CO2-Emissionen durch Wasserstoff bei mobilen Anwendungen

Vermiedene CO2-Emissionen durch Einsatz von Wasserstoff

Szenario 1:
Moderat


Szenario 2:
Klima


Szenario 3:
Ressourcen


2020

< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


2030

< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


2050

< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


< 15 Mt 

15-50 Mt 

> 50 Mt 


Anmerkung: Es sollen die vermiedenen Emissionen im Bezugsjahr berechnet werden, nicht die kumulierten vermiedenen Emissionen bis zum Bezugsjahr.

1.1.1.13Kriterium 10: Inländische Wertschöpfung


Europa als eine der führenden Automobil- sowie Anlagenbauerregion ist elementar von neuen Entwicklungen in diesen Sektoren betroffen (Arbeitsplätze, BSP-Entwick­lung). Der Automobilsektor ist für die deutsche Volkswirtschaft eminent wichtig. So arbeiten derzeit über 777.000 Beschäftigte direkt in der Automobilindustrie. Aus ökonomischen Analysen lässt sich für den mobilen Sektor folgendes schlussfolgern: Wenn Brennstoffzellen-PKW erfolgreich den Markt durchdringen und Deutschland hier die selben Exportanteile wie bei den konventionellen PKW erreicht, dann wird dies mit positiven Effekten für den Arbeitsmarkt und die Volkswirtschaft insgesamt verbunden sein – im Vergleich zu einer Referenzentwicklung ohne Brennstoffzellen-PKW. Würden die künftigen Brennstoffzellen-PKW hingegen überwiegend im Ausland produziert und nach Deutschland importiert werden, so würde Deutschland nicht nur die Produktion des Antriebsstrangs, sondern mittelfristig auch die PKW-Produktion generell ans Ausland verlieren. Allein der „konventionelle“ Teil des PKW (insb. Karosserie) macht rund zwei Drittel der Wertschöpfung am Automobil aus. In einem solchen Fall drohen deutlich negative volkswirtschaftliche Konsequenzen. So würde Deutschland rund 250.000 Erwerbstätige verlieren, wenn 20 % der Automobile als Brennstoffzellen-PKW aus dem Ausland importiert werden würden.

Tabelle 18: Inländische Wertschöpfung bei Wasserstoff



Inländisches Produktions-
volumen Wasserstoff


Szenario 1:
Moderat


Szenario 2:
Klima


Szenario 3:
Ressourcen


2007

< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


2020

< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


2030

< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 


< 1 Mio. €2005/a 

1-3 Mio. €2005/a 

> 3 Mio. €2005/a 

1.1.1.14Sonstige Aspekte


Gesetzliche Regelungen und Industriestandards

Hier müssen die entsprechenden Regelungen noch umfassend getroffen werden, wobei dies derzeit in verschiedenen Projekten und Gremien vorangetrieben wird. Diese Herausforderung scheint jedoch kurz- bis mittelfristig lösbar zu sein.



Weiterer Bedarf

Die öffentliche Akzeptanz wird oft als eine der Barrieren für den Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff oder Energieträger genannt, bei bisherigen Demonstrationsprojekten war dies allerdings kaum ein Thema. Umfassende Untersuchungen, die dies als wesentliches Problem sehen, sind nicht bekannt. Die Sicherheit von Wasserstofffahrzeugen aber auch von Tankstellen in Wohngebieten, ist ebenfalls ein viel diskutiertes Thema. Die bisher vorliegenden wissenschaftlichen Studien sehen dies überwiegend allerdings nicht als eine unüberwindbare Barriere an.



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