Was Sie noch über grünen Wasserstoff wissen müssen

Im vorherigen Artikel wurden einige wiederkehrende Fragen zu grünem Wasserstoff, dem Thema des Expand-Programms von Mitsidi, beantwortet. Dieser ist verfügbar unter dem Link YouTube.

Im Folgenden fahren wir fort und liefern weitere Antworten auf andere Fragen zum Thema.

Welche finanziellen Hürden gibt es für grünen Wasserstoff?

Derzeit wird der größte Teil des Wasserstoffs aus grauem Wasserstoff (aus Erdgas) produziert, der in der petrochemischen Industrie verwendet wird. Damit grüner Wasserstoff wettbewerbsfähig ist, muss er einen Wert nahe dem Grauwert erreichen, d. h. in der Größenordnung von 2 Dollar pro kg/H2. In diesem Zusammenhang kann Brasilien heute grünen Wasserstoff für 4 bis 3,8 Dollar pro kg H2 produzieren, und die Zukunftsprognosen sind vielversprechend. Sie heben das Land in den kommenden Jahren als einen der Hauptexporteure von H2 hervor und zeigen, dass der Preis vor 2050 weniger als 1 Dollar pro Kilo erreichen wird, wie aus einem Bericht von Bloomberg NEF (Hydrogen Economy Outlook) hervorgeht.

Welches sind die wichtigsten nationalen Richtlinien und Strategien zu diesem Thema?

In Bezug auf nationale Strategien gibt es einige Referenzen wie die PNE 2050, in der Wasserstoff als strategischer Energieträger erwähnt wird, der in den kommenden Jahren zur Dekarbonisierung gefördert werden muss. Außerdem gibt es die EPE-Publikation „Grundlagen für die Konsolidierung der brasilianischen Wasserstoffstrategie“, die im Februar 2021 veröffentlicht wurde und das Wasserstoffpanorama sowie technologische Möglichkeiten, Kostenüberlegungen und Herausforderungen in diesem Sektor darstellt. Das Nationale Wasserstoffprogramm wurde ebenfalls im Juli 2021 vom MME in Zusammenarbeit mit MCTI und MDR sowie mit technischer Unterstützung von EPE ins Leben gerufen und liefert Leitlinien für die Einrichtung eines ersten Programms in Brasilien, das sechs thematische Achsen festlegt.

Kürzlich erschien außerdem ein Gesetzentwurf, PL 725/2022, der die Einführung von Wasserstoff als nationale Energiequelle sowie Bestimmungen zur Förderung der Nutzung von nachhaltigem Wasserstoff (hergestellt aus Solar-, Wind-, Biomasse-, Biogas- und Wasserkraft) vorsieht. Weitere Informationen erhalten Sie unter dem folgenden Link.

Welches sind die wichtigsten Initiativen in Brasilien zur Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff?

Brasilien ist einer der führenden Staaten im Bereich F&E&I im Bereich H2 in der Region Lateinamerika/Karibik und verfügt über mehrere Forschungszentren wie das Wasserstofflabor (LabH2) von COPPE-UFRJ, das Wasserstofflabor (LH2) von UNICAMP, das Wasserstoffforschungszentrum (NUPHI) des Itaipu-Technologieparks (PTI), das durch eine Vereinbarung zwischen Itaipu Binacional und Eletrobras gegründet wurde, und schließlich die Studiengruppe für den Stromsektor (GESEL) des Wirtschaftsinstituts der UFRJ.

In diesem Sinne überwiegen im öffentlichen Sektor Investitionen in Projekte (68 %), wobei hauptsächlich Mittel aus dem F&E-Programm von ANEEL verwendet werden. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für diese öffentlichen Ausschreibungen:

• Die Aktion mit dem Titel „Green Hydrogen Strategic Mission“ ist Gegenstand der Partnerschaft zwischen SENAI und CTG Brasil (einem der führenden Unternehmen im Bereich der Erzeugung sauberer Energie im Land). Es handelt sich um die bislang größte Ausschreibung des Landes mit dem Schwerpunkt auf grünem Wasserstoff. Sie zielt auf Lösungen im Bereich saubere Energie mit einem Schwerpunkt auf Produktion, Speicherung, Verteilung und neuen Quellen, aber auch auf andere Bereiche, die Teil der Wasserstoffkette sind, wie Mobilität, Industrie und Landwirtschaft.

Quelle: CTGBrasil

• ANEEL Strategischer F&E-Aufruf „Entwicklung effizienter Lösungen für Elektromobilität“ (2018): beinhaltete eine Suche nach Projekten, die Lösungen für die Elektromobilität präsentieren, wie Geschäftsmodelle, Ausrüstung, Technologien, Dienstleistungen, Systeme und Infrastruktur zur Unterstützung der Entwicklung und des Betriebs von Elektro- oder Plug-in-Hybridfahrzeugen, Batterien oder ergänzenden Zellen, einschließlich Wasserstoff (ANEEL, 2019).
• ANEEL Strategischer F&E-Aufruf „Technische und kommerzielle Vereinbarungen für die Einführung von Energiespeichersystemen im brasilianischen Elektrizitätssektor“ (2016).

Quelle: Abragel (Brasilianischer Verband für saubere Energieerzeugung)

• In dieser Ausschreibung stechen insbesondere einige Projekte hervor:
• Wasserstoffprojekt Furnas Centrais Elétricas S/A: Entwicklung von Synergien zwischen Wasserkraft und Solarenergie mit saisonaler und intermittierender Energiespeicherung in Wasserstoff- und elektrochemischen Systemen – SHSBH2. Das Hauptkonzept ist die Entwicklung eines Systems, das aus mehreren Technologien zur Energieerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung besteht, darunter Photovoltaik-Solarenergie mit der Installation von Paneelen in der Umgebung und im Reservoir, Energiespeicherung mittels Wasserstoff und Interaktionen mit dem Bereich der Elektromobilität. Möglicherweise werden auch nicht auf Wasserstoff basierende Energieanwendungen aus dem Elektrolyseprozess einbezogen. (FURNAS, 2021)

Quelle: Eletrobras Furnas

• CESP-Energiespeicherprojekt: Im Wasserkraftwerk Engenheiro Sergio Mota/Porto Primavera (UHE) entsteht ein Komplex aus alternativen erneuerbaren Energien (Solar- und Windkraftanlagen sowie Energiespeichersysteme). Dieser Komplex ist Teil der Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsprojekte (RD&I) des Unternehmens. Ziel ist es, die überschüssige Energie aus Wasserkraft und Solarenergie durch Elektrolyse in grünen Wasserstoff umzuwandeln. Der Wasserstoff wird in Tanks zur späteren Verwendung in Trockenperioden und Spitzenzeiten gespeichert.
• Wasserstoff-Pilotprojekt im Wasserkraftwerk Itaipu Binacional: Im Rahmen einer Partnerschaft zwischen Itaipu Binacional, Eletrobras und der Stiftung Itaipu Technological Park (FPTI) sowie mit Unterstützung des Nationalen Referenzzentrums für Wasserstoffenergie (CENEH) in Unicamp nahm der Wasserkraftwerkskomplex Itaipu Ende 2014 zusammen mit seiner experimentellen Wasserstoffanlage den Betrieb auf. Das Hauptziel des Projekts besteht darin, Energie, die nicht mehr durch überschüssiges Wasser aus dem Reservoir erzeugt wird, zur Versorgung einer großen Wasserstoffproduktionsanlage zu nutzen.
• H2-Projekt: Entwicklung einer technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Analyseplattform zur Beobachtung der Produktion, Speicherung, des Transports und der Endnutzung von Wasserstoff, dessen Hauptziel die Entwicklung einer Plattform zur Bewertung technischer, ökologischer und wirtschaftlicher Prognosen der Produktion, Speicherung, des Transports und der Endnutzung von blauem und grünem Wasserstoff ist. Projektträger war Guascor do Brasil Ltda.48, ein Unternehmen der Siemens Ltda.-Gruppe. Verantwortlich für die Durchführung sind die Electric Sector Study Group (GESEL) des Wirtschaftsinstituts der Bundesuniversität von Rio de Janeiro (IE/UFRJ) und das Energieinstitut (IEPUC) der Katholischen Universität von Rio de Janeiro.

Neben der Nutzung inländischer Ressourcen gibt es mehrere Projekte, die durch externe Investitionen finanziert werden, wie zum Beispiel:

• Der Bau des Zentrums für Produktion und Forschung zu grünem Wasserstoff (CPPHV) an der UNIFEI mit Mitteln der GIZ soll die Universität zu einem Vorreiter in der Entwicklung von Technologien zur Wasserstoffproduktion machen.
• Pilotanlage zur Produktion von nachhaltigem Flugkraftstoff (SAF): Die GIZ und das Internationale Zentrum für Erneuerbare Energien (CIBiogás) sind im April 2022 eine Partnerschaft für den Bau einer Anlage zur Produktion von SAF aus Biogas und grünem H2 in Foz do Iguaçu, PR, eingegangen, die aus Biomasse aus dem Agrarsektor gewonnen wird.

Welche Herausforderungen gibt es bei der Nutzung von grünem Wasserstoff im großen Maßstab?

Obwohl Wasserstoff seit den 1970er Jahren als mögliche Energiealternative gilt, konzentrierte sich seine Nutzung bisher auf sehr spezifische Anwendungen, wie beispielsweise die Ölraffination oder die Ammoniakproduktion. Dieses Szenario hat sich jedoch aufgrund der gesunkenen Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff geändert, da Energie aus erneuerbaren Quellen billiger geworden ist und die Entwicklung der Elektrolyseurtechnologie deutlich fortgeschritten ist.

Darüber hinaus gibt es eine starke Bewegung der Nationen, die im Pariser Abkommen festgelegten Ziele zu erreichen, und es wird erwartet, dass nur grüner Wasserstoff die Dekarbonisierung einiger Sektoren ermöglichen wird, die als große Umweltverschmutzer gelten, wie beispielsweise die Stahlindustrie und die Düngemittelproduktion.

Trotz der Kostensenkung der letzten Jahre stellt der Preis für diese Technologie jedoch weiterhin eine Herausforderung dar, da grüner Wasserstoff derzeit zwei- bis dreimal teurer ist als blauer Wasserstoff, der wiederum aufgrund des zusätzlichen Kohlenstoffabscheidungsprozesses teurer ist als grauer Wasserstoff. Es wird jedoch erwartet, dass die Preise für grünen Wasserstoff bis 2030 mit denen anderer Wasserstoffarten konkurrenzfähig sein werden.

Quelle (Coppe/UFRJ)

Da die mit der Flüchtigkeit und Entflammbarkeit von Wasserstoff verbundenen Risiken bei der H2-Verteilung und -Speicherung wichtige Faktoren sind, werden derzeit Maßnahmen entwickelt, um diesen Prozess sicherer zu machen, wie z. B. die Verflüssigung des Gases, die Verdünnung in Erdgas oder die Aggregation zu Ammoniak. Dies bedeutet jedoch aufgrund der zusätzlichen Schritte einen höheren Preis. Um diesem Problem zu begegnen, werden umfangreiche Risikobewertungsbögen berücksichtigt, wie die folgende Abbildung aus Mapfre Global Risk.

Quelle: Inerco

Darüber hinaus müssen wir über Fragen nachdenken, die über technische hinausgehen. So muss beispielsweise sichergestellt werden, dass das für die Produktion von grünem Wasserstoff verwendete Wasser die Versorgung der Bevölkerung in der Nähe der Produktionsanlage nicht beeinträchtigt. Oder es muss der Übergang zur Wasserstofftechnologie auf faire und ausgewogene Weise ermöglicht werden, ohne Kosten zu verursachen, die eine Beteiligung einkommensschwächerer Bevölkerungsgruppen an dieser Energiewende verhindern.

Als Beispiel für dieses soziale Problem wurde in den USA ein Leasingmodell für einen Wasserstoff-Lkw vorgestellt, dessen Kosten zwischen 5.000 und 7.000 US-Dollar pro Monat liegen (Informationen zufolge). Wenn wir versuchen, ein ähnliches Modell für Brasilien zu extrapolieren, indem wir nur eine Währungsumrechnung vornehmen und die Unterschiede in den Wirtschaftsindikatoren zwischen den Ländern außer Acht lassen, die die Kosten in Brasilien erhöhen würden, und bei einem Frachtwert zwischen 0,99 und 1,09 R$/Achse/km (conforme informação), können wir schätzen, dass es 7,5 bis 11,5 Tage dauert, wenn man dass der Lkw-Fahrer 11,5 Stunden pro Tag und 10,75 bis 16,5 Tage mit 8 Stunden pro Tag arbeitet, was 25 % bis 73 % der monatlichen Arbeitszeit (je nachdem, ob 22 oder 30 Arbeitstage pro Monat berücksichtigt werden) für das Leasing ausmacht. Dies sind hohe Kosten für einen Anteil, der bei der Verwendung von Wasserstoff als sehr wichtig erachtet wird.

Daher gibt es mehrere Herausforderungen, um sicherzustellen, dass die Verwendung von Wasserstoff in der Energiewende erfolgreich ist, von technischen bis hin zu sozialen Herausforderungen, und es ist unerlässlich, diese zu verstehen und zu lösen. Es ist wichtig, die Rolle von Wasserstoff in der Energiewende zu einer kohlenstoffneutralen Matrix zu verstehen und so sicherzustellen, welche Herausforderungen priorisiert gelöst werden sollten und was der beste Weg für die Zukunft dieser Technologie ist.