Spielt blauer Wasserstoff eine Rolle bei der grünen Energiewende?

Die globale Energiewende erfordert eine drastische Umstellung auf erneuerbare und kohlenstoffarme Energietechnologien. Wasserstoff ist eine dieser Technologien und kann zur Speicherung von intermittierendem Solar- und Windstrom verwendet werden. Er kann nicht nur aus Ökostrom durch Elektrolyse hergestellt werden, sondern auch durch Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid bei der Umwandlung von Erdgas. Dieser Blogartikel beleuchtet die Rolle, die diese beiden Möglichkeiten der kohlenstoffarmen Wasserstofferzeugung in naher und ferner Zukunft spielen könnten.

Mit seinem Potenzial als Energieträger, der ein zunehmend erneuerbares Stromnetz unterstützt, kann Wasserstoff andere Technologien ergänzen und beschleunigen, die erforderlich sind, um eine Netto-Null-CO₂ Emissionen bis 2050. In die Dekarbonisierungsstrategien vieler großer Volkswirtschaften integriert, Wasserstoff entwickelt sich zunehmend zu einer tragenden Säule der globalen grünen Energiewende und hat das Potenzial, eine wichtige Rolle bei der Erreichung der Dekarbonisierungsziele zu spielen. Wasserstoff ist ein stabiler chemischer Energiespeicher mit einer Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten im gesamten Energiesystem. Es stimmt - wie viele Kritiker betonen -, dass einige Anwendungen wie wasserstoffbetriebene Raumheizungen und Personenkraftwagen ineffizient und teuer sind und aus diesen Gründen derzeit (oder in Zukunft) weder ökologisch noch wirtschaftlich sinnvoll sind. Andere Anwendungen und Sektoren, insbesondere diejenigen, die als schwer zu dekarbonisieren oder zu elektrifizieren bezeichnet werden, wie einige industrielle Prozesse, Basischemikalien und die Herstellung nachhaltiger Flugkraftstoffe, werden alle bis zu einem gewissen Grad auf Wasserstoff angewiesen sein. Mit anderen Worten: Es gibt mehr und weniger nützliche Anwendungen für Wasserstoff, und diese können auf der Grundlage der folgenden Kriterien klassifiziert werden sogenannte Wasserstoffleiter.

Blauer und grüner Wasserstoff

Heute basiert die Wasserstoffproduktion fast ausschließlich auf fossilen Ressourcen und verursacht erhebliche Treibhausgasemissionen. Für die großtechnische Erzeugung von dekarbonisiertem Wasserstoff gibt es jedoch zwei Methoden, die derzeit weithin erwogen werden. Grüner Wasserstoff wird durch Wasserelektrolyse mit Hilfe von erneuerbarem Strom erzeugt. Blauer Wasserstoff wird durch die Reformierung von Erdgas bei hoher Temperatur und hohem Druck in Kombination mit Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) gewonnen. Als Referenz, Jährlich werden etwas mehr als 100 Mio. Tonnen Wasserstoff produziert, davon sind 1% blau und 0,1% grün. - der Rest ist hauptsächlich Grau und andere Farben, auf die hier nicht eingegangen werden soll. Die Meinungen über die Rolle von blauem und grünem Wasserstoff in einer dekarbonisierten Wirtschaft gehen jedoch weit auseinander. Während blauer Wasserstoff oft als Ablenkung von den Dekarbonisierungsbemühungen verunglimpft wird und die Unternehmen von Investitionen in sauber Andere wiederum halten sie für eine wichtige Übergangsmaßnahme, um eine künftige Wasserstoffwirtschaft zu ermöglichen.

Auch wenn wir anerkennen, dass unser Endziel die Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien sein sollte, aber grüner Wasserstoff ist derzeit noch Mangelware und unerschwinglich teuer. Dies liegt nicht nur an den Kosten für Strom aus erneuerbaren Energiequellen, der schnell wettbewerbsfähig mit anderen Energiequellen wird, sondern vielmehr an den derzeitigen Kosten für Elektrolyseure selbst. Dennoch dürften die Kosten für grünen Wasserstoff von heute über 3 USD/kg deutlich sinken und im Jahr 2030 ein Niveau von etwa 2,5 USD/kg und im Jahr 2040 von weniger als 1 USD/kg erreichen.

Warum man blauen Wasserstoff nicht ablehnen sollte

Trotzdem, die Knappheit von grünem Wasserstoff wird wahrscheinlich ein Hindernis bleibenDer Einsatz von Technologien für erneuerbare Energien wird durch Investitionen, Planung und Infrastrukturentwicklung behindert. Darüber hinaus können kohlenstoffarme Technologien zunächst zur Elektrifizierung von Sektoren wie Verkehr und Raumheizung eingesetzt werden. Aus diesen Gründen sollte blauer Wasserstoff nicht abgetan werden.

Kurzfristig könnten niedrigere Erzeugungskosten und die Möglichkeit der Wiederverwendung bestehender Infrastrukturen einen raschen Anstieg des Handels mit blauem Wasserstoff bewirken. Wenn dies mit einem nachhaltigen Energiesystem vereinbar ist (d. h. wenn bestimmte Kriterien erfüllt sind, siehe unten), bietet dies die Möglichkeit, eine Wasserstoffwirtschaft zu etablieren, die dann einen schrittweisen Übergang von einer kohlenstoffarmen zu einer kohlenstofffreien Erzeugung einleiten kann. Ein Nebeneffekt der Ausweitung der Produktion, des Transports und der Speicherung von blauem Wasserstoff auf kürzere Sicht wäre die Grundierung der Infrastruktur des Energiesystems, die für die spätere Integration von hauptsächlich grünem Wasserstoff bereit ist. Neben der Modernisierung und Wiederverwendung bestehender (Erd-)Gasinfrastrukturen würde dies auch wichtige Systeme zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage - CCS) umfassen, die ein unverzichtbarer Bestandteil künftiger Netto-Null-Energiesysteme sein werden.

Es gibt jedoch Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit von blauem Wasserstoff. Einige Forscher haben den blauen Wasserstoff als völlig unvereinbar mit einer dekarbonisierten Energiezukunft verurteilt. Sie ermitteln flüchtige Methanemissionen in der Erdgasversorgungskette und CO₂ Emissionen aus der Wasserstoffanlage als grundlegend und unabänderlich. Unter der Behauptung, es handele sich um ein "Best-Case"-Szenario, wird behauptet, der Treibhausgas-Fußabdruck von blauem Wasserstoff sei um mehr als 20% größer als bei der Verbrennung von Erdgas, und es wird unterstellt, dass die Förderung von blauem Wasserstoff ausschließlich von den Eigeninteressen der Öl- und Gasindustrie angetrieben wird. Kürzlich hat eine andere Gruppe von Forschern (darunter der erste Autor dieses Blogs) diese Schlussfolgerungen in Frage gestelltdie auf Daten aus der ersten Methandampfreformierungsanlage mit CO₂ Abscheidung, die eher die technische Machbarkeit als die optimale Effizienz demonstrieren soll. Die antwortenden Autoren behaupten, dass die ursprüngliche Behauptung, blauer Wasserstoff sei unvereinbar mit der Dekarbonisierung es an wissenschaftlicher Strenge mangelt, ein unrealistisches Bild vermittelt und potenziell irreführend ist. Die antwortenden Autoren zeigen stattdessen, dass die mit blauem Wasserstoff verbundenen Klimaauswirkungen durch niedrige Methanemissionen und hohe CO₂ Fangraten. Die zusätzlichen Forschungen einer weiteren Gruppe von Wissenschaftlern (darunter auch der erste Autor dieses Blogs) stützen diese Schlussfolgerung ebenfalls und präsentieren blauer Wasserstoff als attraktive Brückentechnologie, die ähnliche Auswirkungen auf den Klimawandel hat wie grüner Wasserstoffdie mit kohlenstoffarmen Volkswirtschaften vereinbar sind. Ein weiteres Problem, das gegen blauen Wasserstoff vorgebracht wird, ist die anhaltende Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, die Preis und Angebot der Volatilität des Marktes aussetzt und damit das Ziel einer erhöhten Energiesicherheit nicht unterstützt. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts sind die Erdgaspreise aufgrund einer Energiekrise auf den höchsten Stand seit über zehn Jahren gestiegen, was zu einer großen Unsicherheit in Bezug auf Investitionen in und die Versorgung mit diesem Brennstoff führt. Als kurzfristige Lösung überwiegen jedoch die Vorteile der Förderung von Investitionen in und des Einsatzes von CCUS-Technologien wohl die vorübergehende Verzögerung beim Verzicht auf fossile Brennstoffe. Darüber hinaus bedeutet das derzeitige Tempo der Entwicklung erneuerbarer Alternativen zu fossilen Brennstoffen, die immer noch etwa 85% des weltweiten Primärenergiebedarfs ausmachen, dass die Abhängigkeit von einigen fossilen Brennstoffen in den kommenden Jahrzehnten unvermeidlich ist.

Blauer Wasserstoff in einer dekarbonisierten Energiezukunft

Wie bei jeder neuen Technologie ist auch bei blauem Wasserstoff eine zielgerichtete Politik besonders wichtig. Aussagekräftige Schwellenwerte für Methanemissionen aus Erdgasversorgungsketten und Kohlenstoffabscheidungsraten in Wasserstoffproduktionsanlagen sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass blauer Wasserstoff einen positiven Beitrag zur Dekarbonisierung leistet - und um die Kriterien zu definieren, die das Label "blau" verleihen sollten. blauer Wasserstoff. Wenn diese erfüllt werden können, Der blaue Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle bei der kurzfristigen Erhöhung der Wasserstoffmengen und der Förderung der kommerziellen Entwicklung der entsprechenden Infrastruktur und Technologien entlang der Wertschöpfungskette. Bis die Produktion von grünem Wasserstoff in kommerziellem Maßstab erfolgreich eingesetzt und wettbewerbsfähig wird, bietet blauer Wasserstoff eine attraktive Brückentechnologie, die sich unter strengen Umweltauflagen positiv auf die Umwelt auswirken und den Übergang zu einem dekarbonisierten Energiesystem unterstützen kann. Die nivellierten Kosten von blau Wasserstoff im Jahr 2020 etwa 2-3 Mal niedriger waren als grüner Wasserstoff, aber die derzeit hohen Erdgaspreise geben den Ausschlag, Das bedeutet, dass der wirtschaftliche Nutzen von blauem Wasserstoff gering bis nicht vorhanden ist.. Unter der Annahme, dass sich die Erdgasmärkte mittelfristig entspannen und die Preise auf ein bescheideneres Niveau zurückkehren, müssen die politischen Entscheidungsträger Vorschriften entwickeln, um die Kriterien klar zu definieren, die blauer Wasserstoff erfüllen muss, um ökologisch nachhaltig zu sein. Dazu ist eine Art Zertifizierungssystem erforderlich, das zumindest die vorgelagerten flüchtigen Methanemissionen und den Grad der Kohlenstoffabscheidung im System berücksichtigt. Ähnliche Regelungen gibt es bereits für andere Energietechnologien wie Heizkessel und Fahrzeuge, so dass dies keineswegs Neuland ist.

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