Knapp und teuer – Wasserstoff ist (vereinzelt) alternativlos, aber nicht das „neue Öl“. Möglichkeiten und Grenzen des Wasserstoffs auf dem Wärmemarkt.

Gastautor Portrait

Prof. Dr. Claudia Kemfert

Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung Berlin

Prof. Dr. Claudia Kemfert leitet seit April 2004 die Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt am Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW Berlin) und ist seit April 2009 Professorin für Energieökonomie und Nachhaltigkeit an der Hertie School of Governance (HSoG). Sie ist eine mehrfach ausgezeichnete Spitzenforscherin und gefragte Expertin für Politik und Medien. Zuletzt erhielt sie den Deutschen Solarpreis sowie den Adam-Smith-Preis für Marktwirtschaftliche Umweltpolitik. Ihr neustes Buch „Das fossile Imperium schlägt zurück – Warum wir die Energiewende verteidigen müssen“ erschien im April 2017.

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21. Februar 2022
Dmitry Kalinovsky/Shutterstock.com

Insgesamt wird grüner Wasserstoff jedoch auf absehbare Zeit knapp bleiben – der «Champagner unter den Energieträgern».

Prof. Dr. Claudia Kemfert

Keine Frage: Wasserstoff kann und wird eine wichtige Rolle für den Klimaschutz spielen. In einigen Bereichen gibt es schlichtweg kaum Alternativen zum Einsatz von Wasserstoff, wenn man Treibhausgasemissionen vermeiden will. In der Stahl- und Chemieindustrie wird – das ist weitgehend unstrittig – Wasserstoff zum Einsatz kommen,  ebenso wie in der internationalen Luft- und Schifffahrt Wasserstoff-basierte Kraftstoffe notwendig sein werden. Auch als saisonaler Speicher im Stromsystem wird Wasserstoff mittelfristig eine wichtige Rolle spielen.

Die Frage aber ist, ob Wasserstoff mehr sein kann als ein Nischenkraftstoff. Manche träumen davon und einige behaupten es sogar, dass Wasserstoff „das neue Öl“ sein könne und in vielen Bereichen als Ersatz fossile Energieträger breit zum Einsatz kommen könne, etwa für Autos oder Heizungen. Hier allerdings gibt es – anders als bei den zuvor genannten Branchen – durchaus Alternativen. Und wie so oft ist das Bessere der größte Feind des Guten. Denn selbst wenn bereits vereinzelt Wasserstoffautos durch die Städte fahren, stehen sie im harten Wettbewerb mit konkurrierenden Angeboten. Dasselbe gilt beim Beheizen von Gebäuden. Und da ziehen sie schnell den Kürzeren. Inwiefern?

Um grünen Wasserstoff herzustellen, sind große Mengen an erneuerbaren Energien erforderlich. Per Elektrolyse kann Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. Bei aktuellen Wirkungsgraden geht dabei rund ein Drittel der eingesetzten Primärenergie verloren. Daher werden 1,5 kWh Strom benötigt, um 1 kWh grünen Wasserstoff zu produzieren. Die Wasserstoffherstellung ist also durch den Bedarf an zusätzlichen erneuerbaren Energien flächenintensiv – und in Deutschland sind Flächen für erneuerbare Energien bereits heute knapp.

Deswegen wird mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Import von Wasserstoff nötig sein. Selbst wenn die Energie primär aus dem europäischen Ausland käme, ist der Transport aufwändig und also teuer. Zwar gibt es natürlich noch Unsicherheiten ob der Kostenabschätzung, trotzdem ist nach heutigem Stand nicht davon auszugehen, dass außereuropäische Importe von Wasserstoff in der Breite wettbewerbsfähig sind. Bei Wasserstoff-basierten Folgeprodukten wie synthetischem Kerosin können wind- und sonnenreiche Länder ihren Vorteil dagegen eher ausspielen. Insgesamt wird grüner Wasserstoff jedoch auf absehbare Zeit knapp bleiben – der „Champagner unter den Energieträgern“.

Mythos blauer Wasserstoff

Immer wieder ist die Rede von sogenanntem „blauen Wasserstoff“ – also Wasserstoff, der aus Erdgas hergestellt wird. Oft wird dabei behauptet, dass im Prozess entstehende CO2 könne aufgefangen und unterirdisch eingelagert. Das stimmt, aber eben nur teilweise. Denn ein Teil des im Prozess entstehenden CO2 wird dennoch freigesetzt. Auch die Methanemissionen fallen bei der dabei notwendigen Erdgasförderung und dessen Transport weiterhin an. Blauer Wasserstoff ist also – entgegen allen Unkenrufen – keineswegs „klimaneutral“. Von den Risiken für Umwelt und Gesundheit bei der CO2-Einlagerung mal ganz abgesehen, ist blauer Wasserstoff also keine umweltfreundliche und nachhaltige Option.

Wer blauen Wasserstoff zumindest als „Brückentechnologie“ für geeignet hält, wird ebenfalls enttäuscht. Kurzfristig ist blauer Wasserstoff nämlich gar nicht verfügbar. Es müsste erst die Infrastruktur für Transport und CO2 -Einlagerung geschaffen werden.

Angesichts dieser Faktenlage empfiehlt der SRU, von vorneherein alle Anstrengungen beim Markthochlauf auf grünen Wasserstoff zu konzentrieren, also auf Wasserstoff, der ausschließlich auf Basis Erneuerbarer Energien produziert wird.

Wasserstoff-Heizung: fünfmal so hoher Primärenergiebedarf

Um Gebäude zu beheizen, gibt es bereits heute – als umweltfreundliche Alternativen zu dem leider noch breiten Bestand an Öl- und Gasheizungen –gut erprobte Lösungen. Im Wettbewerb mit elektrischen Wärmepumpen sind Heizungen aus Wasserstoff in Brennstoffzellen oder in Brennwertkesseln deutlich unterlegen: Eine Wasserstoff-Heizung hat einen rund fünfmal so hohen Primärenergiebedarf wie eine Wärmepumpe. Das bedeutet nicht nur deutlich höhere Kosten, sondern auch zusätzliche Flächen- und Materialbedarfe für erneuerbare Energien – und damit Umweltauswirkungen.

Derzeit ist der Energieverbrauch im Gebäudesektor viel zu hoch, nicht weil es bei uns andere Temperaturen herrschen, sondern weil wir zu viel Energie verschwenden. Darauf muss sich eine „Wärmewende“ konzentrieren. Durch die energetische Sanierung von Gebäuden könnten wir erhebliche Mengen Energie sparen. Außerdem brauchen wir einen schnelleren Ausbau regenerativer Wärmenetze und die Nutzung industrieller Abwärme in Städten und Dörfern. Wichtig ist auch die zügige Dekarbonisierung der großen Fernwärmenetze. In diesem Zusammenhang werden regenerative Einzelheizungen benötigt, vor allem dort, wo Wärmenetze keinen Sinn machen, weil zu wenig Wärme verbraucht wird.

Wasserstoff-Heizung: zusätzliche Verteilnetze

Die flächendeckende Umstellung auf Wasserstoff würde die gesamte Bevölkerung treffen und die Kosten für den Infrastrukturaufbau müssten von der Allgemeinheit getragen werden.

Prof. Dr. Claudia Kemfert

Zur Lösung dieser Herausforderungen trägt Wasserstoff nicht bei. Im Gegenteil: Um Wasserstoff in Gebäuden einzusetzen, bräuchte es zusätzliche Verteilnetze für Wasserstoff. Weder bestehende Gasnetze noch vorhandene Heizkessel können unmittelbar genutzt werden, sondern müssen umgerüstet oder ausgetauscht werden. Einen Vorgeschmack, was ein Wechsel zu Wasserstoff bedeuten würde, gibt derzeit die noch bis 2030 laufende „Marktraumumstellung“, bei der in einzelnen Netzgebieten Deutschlands das transportierte Erdgas von L-Gas durch H-Gas ersetzt wird. Jeder vierte Haushalt ist betroffen. Schon seit 2017 wird den Endverbrauchern mit den Netzentgelten eine zusätzliche „Marktraumumstellungsumlage“ in Rechnung gestellt.

Die flächendeckende Umstellung auf Wasserstoff würde die gesamte Bevölkerung treffen und die Kosten für den Infrastrukturaufbau müssten von der Allgemeinheit getragen werden. Für solch einen großflächigen Einsatz von Wasserstoff in Heizungen von Einzelgebäuden bedarf es also einer politischen Entscheidung, für die nur schwer Mehrheiten zu finden sein dürften. Es wäre zudem eine Entscheidung für eine Technologie, die auch langfristig nicht zu sinkenden Heizkosten in Privathaushalten führt. Denn wer will schon mit Champagner heizen, wenn es auch mit Brause ginge?

Wer will schon mit Champagner heizen, wenn es auch mit Brause ginge?

Sonne und Wind sind bereits heute kostengünstig sprudelnde Energiequellen. Die Stromnetze für erneuerbare Energien sind vorhanden und ließen sich vergleichsweise unaufwändig in der Fläche für den Gebäudebereich zum Einsatz bringen.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Wasserstoff ist auf absehbare Zeit ein knapper Energieträger, für den es wenige sinnvolle Einsatzmöglichkeiten gibt, aber dort im Grunde alternativlos. Investieren wir an falscher Stelle in Wasserstoff, knebeln falsche Pfadabhängigkeiten die Wirtschaft, führen teure „Lock-ins“ zu Wechselbarrieren für Verbraucher und hebeln damit den Marktwettbewerb aus. Solche Investitionen tragen somit nicht zur Energiewende bei, sondern verhindern sie. Klimaschutz adé!

Deswegen sollten wir in den kommenden Jahren alle Anstrengungen und finanzielle Mittel auf das Wesentliche konzentrieren, nämlich:

  1. Fokus auf grünen Wasserstoff, zügige Kostensenkungen und einen massiven Ausbau der erneuerbaren Energien.
  2. Pfadabhängigkeiten, Lock-ins und Fehlinvestitionen vermeiden.
  3. Grünen Wasserstoff zielgenau da einsetzen, wo es keine effizientere und preiswertere Möglichkeit gibt.

Nur grüner Wasserstoff ist wirklich klimaschonend. Die Herstellung von grünem Wasserstoff ist energie-, kosten- und zeitintensiv. Insbesondere bei der Wärmewende gibt es effizientere, preiswertere und schnellere Alternativen. Wir sollten grünen Wasserstoff nicht verschwenden, sondern den kostbaren Energieträger dort einsetzen, wo er benötigt wird. Und dies ist nicht im Gebäudebereich.

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  1. Timon Romeijn

    vor 6 Monaten

    Naja bis jetzt in kleineren Mengen- je größer die Anlagen je größer die Verluste! Bei Wasserstoff ist aber nicht nur die Herstellung das Problem sondern zusätzlich die Lagerung und der Transport. Als kleinstes Elemente ist es am schwierigsten aufzubewahren, die Kompremierung auf eine entsprechende Dichte muss langsam von statten gehen da Problem der Explosionskraft…
    Es ist toll das das australische Unternehmen einen neuen Weg gefunden hat 2021. Was mich aber stutzig macht so sehr die Autoindustrie das möchte - investiert da eigentlich keiner. Das lässt darauf schließen das es noch weitere Probleme mit der Produktion von Wasserstoffmotoren und Nutzung gibt. Noch nicht einmal chinesische oder risikoanlegefonds mit Milliarden investieren. Die große Meldung über 110 Millionen eingesammeltes Geld ist ja ein Witz.so bitter es ist Trump hat an einem Wochenende leider mehr Spendengelder für seine hirnrissige Wiederwahl eingesammelt. Und man hört zu wenig in den Medien - irgendwie scheint mir da etwas nicht zu passen . Da muss noch ein Riesenproblem anhängig sein. Weil so wäre es für viele Gemeinden und Städte möglich komplett unabhängig Strom zu erzeugen und zu speichern und wieder zu verwenden. Daher frage ich mich wo liegt der Hubd begraben das nach über 2 Jahren davon nichts wirklich berichtet wird, die Investitionen am unteresten Rand bewegen und das eine australische Firma in Deutschland das aufbaut wo wir hier gar kein Wasserstoff Netz haben und in USA in manchen
    Städten eines existiert . Das macht mich mehr als stutzig… wo ist der Hacken das dies genau genommen keiner will?????
    Also wir in Deutschland sind sicher nicht die erste Wahl was Wasserstoffproduktion angeht- viel zu viel Bürokratie! Irgendwie scheint da was nicht stimmen … immer bei Technologien die Problemfälle und extreme Probleme und kosten „plötzlich“ nach sich ziehen sind oder so
    sind wir deutschen vorne dran … siehe Monsanto kein depp war so blöd eine Firma zu kaufen die Milliarden an Strafprozessen anhängig sind eine Technologie die zum Glück in immer mehr Ländern komplett verboten wird hat eine deutsche Firma gekauft und sich fast ruiniert … das macht das Ganze echt fragwürdig. Vom Prinzip her wäre das eine Technologie die schon längst von einem Grossunternehmen aus der Welt aufgekauft gehört für Milliarden. Anscheinend gibt es da etwas was wir nicht wissen … oder wir werden überrascht sein(hoffe ich)!
    Ich vermute dass es am Ausgangsmaterial liegt das grossproblem! Ansonsten wüsste ich nicht warum so geringe Summen investiert werden.

  2. Axel Grossmann

    vor 10 Monaten

    Dieser „Kanal“ scheint entweder schlecht besucht oder gut zensiert zu sein. Anders kann ich mir nicht erklären, dass Aufsätze unserer Spitzenökologin Frau Dr. Prof. Kemfert so gar keine Resonanz hervorbringen. Aber zur Aussage hier: 95% Wirkungsgrad. Ja, das mag ja sein, aber der ist halt nur genau am Ort der Erzeugung gemessen. Anschließend muss der H2 leider Gottes noch weiterverarbeitet werden. Und da geht dann jede Menge der zuvor umgewandelten Energie wieder verloren. So dass am Ende höchstens weniger als 50% übrigbleibt, in den meisten Fällen jedoch noch unter 30%.

  3. Ruth Habermehl

    vor 1 Jahr

    Mein regionaler Versorger, die Mainova, plant den Bau eines Gaskraftwerks als Ersatz für ihr Kohlekraftwerk. Als Fernwärme-Bezieherin bin ich davon abhängig. Was ist Ihre Meinung dazu?

  4. Eckhard

    vor 2 Jahren

    Evakuieren, abreissen dann riesiges Loch für das Wärmepumenwasser bohren neubauen mit Fussbodenheizung, Belüftung . Kosten ca 500000 bis 1 Million
    Deshalb kommt das so nicht.

  5. Thomas May

    vor 2 Jahren

    Das stimmt so nicht mehr, durch das neue Kapillarelektrolyse Verfahren wird ein Wirkungsgrad von 95% bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff erzeugt

  6. Reinhard Stich

    vor 3 Jahren

    Wenn jetzt ab 2025 der Einbau von Gasheizungen verboten werden soll, wie soll denn der Wärmebedarf in den vielen Millionen Mehrfamilienhäuser, die unzureichend gedämmt sind, über keinen Platz für Wärmepumpen oder die notwendigen Stromkapazitäten kabelseits verfügen, zum Teil Etagengasheizungen haben, also keine Rohrleitungen zu einer zentralen Wärmequelle im Haus, so sichergestellt werden, dass die Mieten nicht durch die Decke gehen ?

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