Grundlegende Voraussetzung für die Bestimmung des Einsatzes von Wasserstoff ist die Durchführung einer Wirtschaftlichkeitsberechnung (Quelle: Adobe Stock)
2025 soll es so weit sein. Ab diesem Zeitpunkt möchte Mercedes-Benz als erster PKW-Hersteller in seinem en Kraftfahrzeugen grünen Stahl verbauen. Deshalb beteiligt sich der Automobilhersteller am Startup „H2 Green Steel (H2GS)“, welches das ambitionierte Ziel verfolgt, in Nordschweden in großen Mengen CO2-freien Stahl zu produzieren [1]. Vor dem Hintergrund, dass in Europa das stahlproduzierende Gewerbe für ungefähr ein Viertel der gesamten CO2-Industrieemissionen zu verantworten hat, wird die hohe Bedeutung der Dekarbonisierung in diesem Segment deutlich [2]. Die energetische Grundlage für die grüne Stahlerzeugung bietet das chemische Element mit der geringsten Atommasse: Wasserstoff.
Das farblose und sehr energiereiche Gas wird dabei als Reduktionsmittel für die Herstellung von Stahl eingesetzt und zeigt einen interessanten möglichen Anwendungsfall für grünen Wasserstoff auf. Darüber hinaus kann grüner Wasserstoff in vielen weiteren Bereichen zum Erreichen des Europäischen Green Deal, dem Ziel bis 2050 in Europa die Netto-Treibhausemissionen auf null zu reduzieren, einen wertvollen Beitrag leisten.
Viele Staaten und Unternehmen haben bereits Strategien entwickelt, in denen sie die Dekarbonisierung mit Wasserstoff sowie dessen Förderung detailliert festlegen. Neben konkreten Maßnahmen für die Industrie sind dort beispielsweise auch Vorgaben im Bereich der Mobilität zu finden. So ist im August dieses Jahres die europäische Clean Vehicles Directive in Deutschland in nationales Gesetz überführt worden. Künftig muss bei öffentlichen Fahrzeugbeschaffungen ein Mindestanteil sauberer Fahrzeuge eingehalten werden. Dazu zählen neben E-Fahrzeugen auch Fahrzeuge, die mithilfe von Brennstoffzellen angetrieben werden, wofür wiederum Wasserstoff als Kraftstoff benötigt wird.
Um das Potenzial von Wasserstoff optimal zu nutzen und gezielte Investitionen tätigen zu können, ist die grundlegende Frage entscheidend, in welchen Bereichen ein wirtschaftlicher Einsatz erreicht werden kann.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auf Basis der Tipping-Point-Analyse
Die Autoren haben hierzu verschiedene Branchen hinsichtlich des Einsatzes von Wasserstoff analysiert und die jeweiligen Tipping-Points berechnet. Die Auswahl der Branchen erfolgte anhand der potenziell reduzierbaren Emissionsmengen. Nachfolgend werden daher vier Fälle näher beleuchtet:
- Stahlerzeugung,
- Öffentlicher Personennahverkehr (ÖPNV),
- Lastverkehr (LKW) und
- Wärme in Einfamilienhäusern.
Die durchgeführten Analysen basieren auf öffentlich verfügbaren historischen und aktuellen Daten aus diversen Quellen der Fachliteratur. Die Kosten für grünen Wasserstoff bzw. die damit verbundenen Kostenkomponenten sowie der CO2-Emissionspreis dienen als hauptsächliche Wirtschaftlichkeitstreiber der Szenario-basierten Prognosen. Für die Erzeugung von Wasserstoff wird grundsätzlich aufgrund des prognostizierten Markthochlaufs und der zunehmenden technologischen Reife von einer Kostenabnahme ausgegangen, wohingegen bei den CO2-Preisen eine Steigerung durch die abnehmende freie Allokation von Emissionszertifikaten angenommen wurde.
Um mögliche zukünftige Verläufe zu modellieren und abzubilden, wurden unterschiedliche Szenarien mit einem jeweiligen Zeithorizont bis zum Jahr 2050 gebildet. Abb. 1 zeigt die angenommene Entwicklung des CO2-Preises sowie der Wasserstoffbereitstellungskosten je Szenario.
Temporäre Einflüsse, wie z.B. staatliche Förderungen der verschiedenen Technologien, wurden in den Modellierungen bewusst nicht berücksichtigt, um möglichst allgemeingültige Aussagen treffen zu können.