Wasserstoff für Transport und Wärme ist der falsche Weg

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Pläne, Wasserstoff zu einem zentralen Energieträger für eine klimafreundliche Zukunft zu machen, erachtet Anthony Patt als falsch. Wir sollten fossile Energie wo immer möglich direkt durch erneuerbaren Strom ersetzen, vor allem im Verkehr und beim Heizen.

Um die Erderwärmung einzudämmen muss die Welt bis Mitte Jahrhundert aus der fossilen Energie aussteigen. Wir bewegen uns nun in die richtige Richtung. Nahezu alle neuen Investitionen im Energiesektor fliessen in erneuerbare Energiequellen. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) werden immer beliebter. Und die meisten neuen Gebäude heizen nicht fossil. Klar gibt es Hürden. Das alles muss schneller gehen, und es braucht eine konsequentere Klimapolitik. Was den Wandel aus meiner Sicht jedoch am stärksten gefährdet, kommt heute «getarnt» als Teil der Lösung daher: Wasserstoff.

Der falsche Hoffnungsträger

Wasserstoff ist wie Elektrizität ein Energieträger, keine Energiequelle. Man kann ihn auf drei Arten herstellen. Grauer Wasserstoff, der derzeit fast den gesamten Verbrauch ausmacht, wird aus Methan gewonnen, was erhebliche CO2- und unkontrollierte Methanemissionen verursacht. Blauer Wasserstoff ist wie grauer Wasserstoff, bei dem CO2 abgeschieden und gespeichert wird - doch aufgrund der Methanverluste (Methanschlupf) und der Prozessineffizienz emittiert blauer Wasserstoff immer noch mehr Treibhausgase als das Erdöl oder Erdgas, welches er ersetzen soll.1

Grüner Wasserstoff wird aus Wasser mittels Elektrolyse und erneuerbarem Strom produziert. Er verursacht keine direkten Emissionen und ist die einzige klimafreundliche Option. Das Problem mit grünem Wasserstoff ist jedoch, dass es in den meisten Fällen effizienter, kostengünstiger und ressourcenschonender ist, die erneuerbare Energie direkt zu nutzen. Für das Gesamtsystem sind diese Aspekte entscheidend.

Wettbewerbsfähig und vernünftig

Nehmen wir den Landverkehr. Heutige BEV sind bezüglich Kosten im Vergleich mit Benzinund Dieselfahrzeugen wettbewerbsfähig und gewinnen schnell Marktanteile. Ihre Reichweite genügt für 99 Prozent aller Fahrten2, und für die restlichen 1 Prozent bieten Schnellladegeräte entlang den Autobahnen zusätzliche Reichweiten von über 400 km in weniger als 30 Minuten - was etwa den Pausen entspricht, die Autofahrende ohnehin benötigen. Neue Studien zeigen, dass batterieelektrische Lastwagen nun auch auf langen Strecken wirtschaftlich werden und gleich gut funktionieren.3, 4 Es gibt Bedenken wegen der umweltbelastenden Batterieproduktion; hier können und werden Konzepte der Kreislaufwirtschaft Abhilfe schaffen.5, 6

Die Grundinfrastruktur für das Aufladen von BEV - das Stromnetz - ist bereits vorhanden. Mit steigender Zahl an BEV auf den Strassen können wir gleichzeitig die erneuerbare Stromproduktion und das Netz an Ladestationen sukzessive ausbauen.

Ähnlich verhält es sich mit Wärmepumpen. Sie sind die effizienteste Art, mit erneuerbarer Energie zu heizen und sind in den Kosten konkurrenzfähig. Auch hier kann die Infrastruktur schrittweise mit dem steigenden Marktanteil der Wärmepumpen wachsen.

Ineffizient, teuer und langsam

Zum Wasserstoff. Ein Vorteil von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV) besteht darin, dass man sie schneller auftanken kann als BEV laden. Das fällt jedoch je länger je weniger ins Gewicht, weil Ladegeschwindigkeit und Reichweite von BEV kontinuierlich steigen. Ein wesentlicher Nachteil von FCEV ist, dass ihr Gesamtwirkungsgrad - von Strom zu grünem Wasserstoff, zurück zu Strom und aufs Rad - nur die Hälfte bis ein Drittel desjenigen von BEV beträgt.7 Der höhere Energieverbrauch macht FCEV deutlich teurer als BEV, Benzin oder Diesel.

Ausserdem braucht es eine neue Infrastruktur, um Wasserstoff zu verteilen und zu tanken. Diese müsste im Gegensatz zu BEV zuerst errichtet werden, bevor FCEV für den Massenmarkt geeignet wären.8

Beim Heizen zeigt sich ein ähnliches Bild: Hier kommen zwar «wasserstofftaugliche» Heizkessel (Boiler) auf den Markt, die ein Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff verbrennen können.9 Reine Wasserstoffkessel, wie wir sie letztlich bräuchten, existieren noch nicht. Boiler bieten gegenüber Wärmepumpen kurzfristig den Vorteil, dass manche Gebäude weniger stark saniert werden müssen. Aber wie beim Verkehr gibt es gewichtige Nachteile. Heizen mit grünem Wasserstoff benötigt etwa sechsmal mehr erneuerbaren Strom als mit einer Wärmepumpe. Die Kosten fallen höher aus, da mehr Energie verbraucht wird. Zudem wäre parallel ein neues Verteilsystem für Wasserstoff erforderlich, um reine Wasserstoffkessel einzusetzen10 - und die bräuchten wir spätestens bis 2050.

Bei der Abkehr von fossilen Brennstoffen sehe ich den grössten Engpass darin, die erneuerbare Elektrizität schnell genug auszubauen. In der Schweiz wird aktuell zwar mehr Photovoltaik-Kapazität installiert als je zuvor - doch wir müssen diese Installationsraten noch vervierfachen, wollen wir bis 2050 den Bodenverkehr vollständig und das Heizen teilweise elektrifizieren.11 Setzt sich grüner Wasserstoff durch, muss der ohnehin schon ambitionierte Ausbau deutlich schneller erfolgen.

Der Hype um Wasserstoff

Trotz dieser Probleme gibt es viel politischen Enthusiasmus für Wasserstoff. Um es klar zu sagen: Natürlich gibt es Anwendungen, wo Wasserstoff die Dekarbonisierung unterstützen kann, etwa als saisonaler Energiespeicher, bei der Stahlproduktion oder als Zwischenschritt bei der Synthese nachhaltiger Flugzeugtreibstoffe (siehe ETH-News ). Die derzeit diskutierten Pläne gehen jedoch weit darüber hinaus.

Die Rolle von Wasserstoff ist auch Thema an der Energy Week @ ETH 2021. Die viertägige Konferenz des Energy Science Center (ESC) dreht sich um die Kernfrage «Klimaneutrale Schweiz 2050: Welches Energiesystem brauchen wir?». Der öffentliche Event findet ab dem 30. November 2021 im Hybrid-Format statt.

Prof. Anthony Patt

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