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