Um das deutsche Energiesystem zu defossilisieren, zukunftssicher und unabhängiger zu machen, wird der Import grünen Wasserstoffs künftig eine wichtige Rolle spielen. Das Projekt HySupply von Acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und dem Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. (BDI) hat vor diesem Hintergrund untersucht, ob eine deutsch-australische Lieferkette machbar ist. Eine nun veröffentlichte Studie über mögliche Versorgungsketten innerhalb Deutschlands bildet den Abschluss des Projekts – und stützt das positive Gesamtfazit.
Die von Acatech in Auftrag gegebene Studie der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG zeigt als abschließende Publikation des Projekts HySupply die Versorgungsoptionen für Wasserstoff innerhalb Deutschlands auf. Ausgehend von der jeweiligen Importform des Wasserstoffs – Tanker aus Australien transportieren den Wasserstoff beispielsweise in flüssiger Form – vergleicht die Untersuchung dabei den ökonomischen Nutzen und die technische Umsetzbarkeit von verschiedener Transportinfrastrukturen: Wasserstoffnetz, Produktpipeline, Binnenschiff und Schiene.
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HySupply fordert Ausbau des Wasserstoff-Kernnetzes
»Insbesondere für Standorte, die nicht Wasserstoff, sondern dessen Folgeprodukte verarbeiten, ist deren direkter Bezug unter Umständen kostengünstiger«, erklären Christoph Nolden und Thorsten Spillmann vom Fraunhofer IEG, die Erstautoren der Studie. Schon heute seien Binnenschiffe eine etablierte Transportoption für Stoffe wie Ammoniak, Methanol oder flüssige Kraftstoffe. Die meisten der betrachteten Standorte weisen Wasserstoffbedarfe auf, die über einen großen Güterzug transportierbar wären. Da der Inlandstransport nur einen Teil der gesamten Versorgungskette ausmacht, führen die unterschiedlichen Transportoptionen nur zu geringen Differenzen in den Gesamtkosten. »Die derzeitige Diskussion um den Anschluss an das künftige Pipeline-Netz greift zu kurz. Andere Infrastrukturen wie das Schienennetz oder die Wasserstraßen können insbesondere in der Hochlaufphase eine flexible Alternative für zahlreiche Standorte darstellen.«
Daher schlägt die Studie parallel zum Ausbau des geplanten Wasserstoff-Kern-Pipeline-Netzes flankierende Maßnahmen vor. Unter anderem:
- Ausbau des Schienennetzes, da der Wegfall des Transportes von fossilen Energieträgern durch Wasserstoff-Derivate überkompensiert wird.
- Die baldige Veröffentlichung einer differenzierten Wasserstoff-Importstrategie, die einen klaren Rahmen schafft für die Bezugsmöglichkeiten und Verwendung von importiertem Wasserstoff in seinen verschiedenen Formen etwa als Ammoniak, Methanol oder andere Basischemikalien.
- Zertifizierung der Nachhaltigkeit von Energieträgern und internationale Standards
- Eine kontinuierliche integrierte Planung und Adaption der Transportinfrastrukturen für Wasserstoff und andere Stoffe, wie beispielsweise CO2.
Technische und ökonomische Aspekte im Fokus
Die Studie analysiert die technischen und ökonomischen Aspekte der Verkehrsträger, die Wasserstoffderivate bis zum industriellen Endverbraucher liefern können, wenn im Jahre 2035 das Wasserstoff-Kernnetz installiert ist, und beleuchtet drei Fragen:
- Wann ist der Transport von Wasserstoffderivaten jenseits des Wasserstoff-Kernnetz sinnvoll?
- Was folgt daraus für die nationale Importstrategie?
- Wo gilt es, die bestehende Transportinfrastrukturen zu stärken?
Die Analyse hat 543 Nachfragestandorte in Deutschland den verschiedenen Anwendungsfällen zugeordnet. Sie wurden hinsichtlich der Versorgungsmöglichkeiten mit Wasserstoff bzw. dessen Derivaten untersucht. Die Anwendungsfälle sind die Herstellung von Ammoniak, Stahl, petrochemischen Basischemikalien und synthetischen Flugturbinenkraftstoffen sowie die Bereitstellung von Prozesswärme in der Metallerzeugung und -bearbeitung, der Herstellung von Glas und Keramik sowie der Papierindustrie. Aus einer Szenarioanalyse wird die branchenspezifische Wasserstoffnachfrage abgeleitet und regionalisiert.
Für die Ermittlung der standortspezifischen Versorgungsoptionen sind im Wesentlichen zwei Aspekte relevant:
- Welches Wasserstoffprodukt wird für die Anwendung benötigt: gasförmiger oder flüssiger Wasserstoff, Ammoniak, Methanol oder und Fischer-Tropsch-Produkte?
- Durch welche Infrastruktur ist der Standort erreichbar: Binnenschifffahrtsstraßen, Schienennetz, Wasserstoffkernnetz oder Produktpipelines?
Ökonomische Bewertung
In die ökonomische Bewertung flossen die Kosten für die Bereitstellung von Wasserstoff und seinen Derivaten sowie spezifische Transport- und Umwandlungskosten ein. Derivate können dabei entweder als Trägermedien eingesetzt werden, aus denen der Wasserstoff nach dem Import wieder extrahiert wird oder direkt verwendet werden. Dabei würden sie bislang auf fossiler Basis bereitgestellte Produkte ersetzen und im Wettbewerb mit existierenden inländischen Produktionen stehen.
Die in der Studie modellierten Bereitstellungskosten variieren zwischen 3400 und 16 000 Euro pro Tonne Wasserstoffäquivalent (EUR/tH₂eq). Mit einem Kostenanteil zwischen 41 und 100 % stellen die Importkosten die dominierende Kostenkomponente dar. Die inländischen Transportkosten stellen mit einem mittleren Kostenanteil von 5 % in den meisten Fällen einen untergeordneten Kostenfaktor dar. Ein Großteil (85 %) der betrachteten Standorte weisen eine vergleichsweise geringe jährliche Nachfrage von unter 150 Gigawattstunden Wasserstoffäquivalent (GWhH₂eq) auf. Etwa 11 % der Standorte weisen eine jährliche Nachfrage von über 500 GWhH₂eq auf. Hierunter fallen die industriellen Großanwendungen in der Herstellung von Basischemikalien und Stahl sowie dem Einsatz von Ammoniak und synthetischen Flugturbinenkraftstoffen. Der Transport von Wasserstoff(derivaten) per Binnenschiff oder Bahn stellt in vielen Fällen eine mögliche Alternative oder Ergänzung zur pipelinegebundenen Standortversorgung dar.
Wasserstoff-Fahrplan
Seit dem Start des Kooperationsprojekts „HySupply“ im Jahr 2020 haben die Forschenden die Machbarkeit einer Wasserstoffbrücke zwischen Australien und Deutschland systematisch untersucht. Begleitend erschienen regelmäßig Handlungsempfehlungen für einen Wasserstoff-Fahrplan.
„Eine australisch-deutschen Wasserstoffbrücke verspricht eine stabile und für beide Seiten vorteilhafte Handelsbeziehung zwischen zwei demokratischen Staaten“, sagt Acatech-Präsident Jan Wörner. Die Arbeiten des gemeinsamen HySupply-Projekts bestätigen die Machbarkeit und definieren Rahmenbedingungen. Eine gemeinsame Wasserstoff-Infrastruktur mit Australien kann Deutschland nicht nur bei den Klimazielen helfen, sie macht auch die Versorgung mit dem Grundbaustein der Wirtschaft von morgen sicherer und vernetzter. „Wir haben jetzt die Gelegenheit, den Zukunftsmarkt Wasserstoff mitzugestalten und unseren Innovationsstandort damit resilienter gegen Abhängigkeiten zu machen. Dafür brauchen wir einen entschlossenen, gemeinsamen Aufbau von Infrastrukturen und Rahmenbedingungen.“
Unternehmen benötigen Planungssicherheit
Holger Lösch, stellvertretender Hauptgeschäftsführer des BDI: „Die neue Studie zu den nationalen Verteilungsoptionen von Wasserstoff und Wasserstoff-Derivaten adressiert eine wichtige noch offene Zukunftsfrage. Unternehmen benötigen Planungssicherheit für die anstehenden, teilweise immensen Investitionsentscheidungen. Die Importstrategie der Bundesregierung muss daher klar aufzeigen, von wo und in welcher Form der Importbedarf gedeckt werden soll. Nur so können mögliche Engpässe im Hochlauf der dringend notwendigen Infrastrukturen für Wasserstoff und seine Derivate frühzeitig identifiziert und konsistent angegangen werden.“
HySupply
HySupply startete im Dezember 2020 und wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit einem australischen Konsortium unter Leitung der University of New South Wales in Sydney (UNSW) durchgeführt.
