Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

86 3 Technologien und nachhaltige Potenziale
Gesamtwirkungsgrade der Stromerzeugung von bis
zu 40% denkbar.
Neben der Biomassekonversion ist bei den erneuerbaren
Energien die Wasserelektrolyse der wichtigste
Weg zur Erzeugung von Wasserstoff ohne Nebenprodukte
und Schadstoffemissionen.Alle erneuerbaren
Energiequellen, die zur Stromerzeugung genutzt
werden können, sind damit auch zur Herstellung von
Wasserstoff nutzbar. Ein besonderer Vorteil der Wasserelektrolyse
ist ihre Fähigkeit, auch das schwankende
Stromangebot aus regenerativen Quellen effizient
ausgleichen zu können (Kap. 3.4.3.2). Die derzeit
größten Elektrolyseanlagen weisen Anschlussleistungen
von 150 MW el auf.Während die alkalische
Elektrolyse bei Umgebungsdruck seit langem kommerziell
genutzt wird und entsprechend ausgereift
ist, befinden sich fortgeschrittenere Konzepte noch
in der Entwicklung, z. B. die Hockdruckelektrolyse.
Tabelle 3.4-1 stellt die wichtigsten Wasserstoffherstellungsverfahren
einander gegenüber. Sie enthält
auch diejenigen Daten, die zum Zeitpunkt der
Markteinführung von Wasserstoff gemäß des exemplarischen
Transformationspfads des WBGU (etwa
ab 2020, Kap. 4) maßgebend sein dürften. Die Wirkungsgrade
aller Verfahren, mit Anlagenbau und
Rohstoffbeschaffung, liegen mit Werten von gut 60%
(zukünftig knapp 70%) eng beieinander.
Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal der
Herstellungsverfahren ist die Leistung pro Anlage.
Konversionsanlagen für Erdgas haben aus Kostengründen
eine möglichst große Leistung pro Einheit,
bei der Biomassevergasung begrenzt dagegen der
H 2 -Produktion
[m 3 /h]
[MW H2 ]
Dampfreformierung
von Erdgas
Vergasung von
Biomasse
Transportaufwand des primären Energieträgers die
Anlagengröße. Die Elektrolyse kann als modulare
Technik sowohl dezentral, also verbrauchernah (z. B.
an Tankstellen), als auch zentral errichtet werden
und sich somit der Leistung der stromerzeugenden
Anlage anpassen.
Bei Stromkosten von beispielsweise 4 €-Cent pro
kWh wären längerfristig Wasserstoffkosten um 7–8
€-Cent pro kWh erreichbar (Nitsch, 2002). Aus Erdgas
erzeugter Wasserstoff ist demgegenüber mit etwa
4 €-Cent pro kWh heute noch um den Faktor 2 kostengünstiger,
allerdings wird bei diesem Herstellungspfad
zwangsläufig CO 2 an die Atmosphäre
abgegeben. Wasserstoff, der mit regenerativer Elektrizität
erzeugt wird, hat aus ökonomischer Sicht den
prinzipiellen Nachteil, dass er wegen seiner Herstellung
aus Strom teurer sein muss als der Strom selbst.
3.4.4.3
Speicherung und Verteilung
Wasserstoff kann wie Erdgas komprimiert oder verflüssigt
sowie in Flüssiggas- und Druckbehältern
gespeichert und transportiert werden. Hinzu kommt
die Möglichkeit, Wasserstoff z. B. an Metallhydride
anzulagern und so drucklos zu speichern. Energiewirtschaftlich
von Bedeutung wird vermutlich langfristig
die Speicherung sehr großer Wasserstoffmengen
zum täglichen und saisonalen Leistungsausgleich
werden. Hier stehen mit Untertagespeichern wie leeren
Salzkavernen oder Gas- und Öllagerstätten
Wasserelektrolyse
(Modul)
heute >2020 heute >2020 heute >2020
100.000
300
100.000
300
13.000
40
13.000
40
500
1,5
500
1,5
Lieferleistung Rohstoff
[MW] 405 385 551) 531) Strombedarf
[MW]
Prozessnutzungsgrad
1,5 1,5 3,0 2,8 2,1 2,0
[%]
Wasserbedarf
74 78 73 76 73 77
[m3 /h]
Arbeitsdruck
58 58 28 28 0,4 0,4
[bar]
Nutzungsgrad bzgl. gas-
30 30 50 50 30 100
förmigen Wasserstoffs
frei Verbraucher
[%]
64 68 60 66 632) 672) Investitionskosten
[€/kW H2 ] 350 350 ca. 700 ca. 500 1.000 ca. 700
Tabelle 3.4-1
Eckdaten ausgewählter
Verfahren zur
Wasserstoffherstellung,
heute und ab 2020.
1) entspricht rund 12 t/h
Holz; 2) ohne
Bereitstellung des
regenerativen Stroms,
jedoch mit Verlusten bei
Transport über 3.000 km
als Hochspannungsgleichstrom.
Quellen: WBGU unter
Nutzung von Nitsch, 2002;
Pehnt, 2002; Dreier und
Wagner, 2000; Winter und
Nitsch, 1989; BMBF, 1995;
DLR und DIW, 1990