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Das PV Magazine berichtet in seiner Online-Ausgabe über eine Analyse von Aurora Energy Research zum Thema "Green Hydrogen Prices". Demnach würden die Preise für grünen Wasserstoff bis 2025 auf rund fünf Euro pro Kilogramm sinken.
Am rentabelsten wäre laut PV Magazin ein Projekt, wenn Solar- und Windkraftanlagen mit einem vergleichsweise kleinen so genannten Elektrolyseur kombiniert würden. Alles, was Sie wissen müssen, erfahren Sie hier.
Bevor wir etwas tiefer in die Analyse zum Thema "Grüne Wasserstoffpreise" einsteigen, klären wir zunächst alle wichtigen Begriffe, damit Sie verstehen, worum es geht und mitreden können:
Die Kosten, die bei der Umwandlung einer Energieform in Strom entstehen, nennt man Stromgestehungskosten. Sie werden z. B. in Euro oder Dollar pro Megawattstunde (MWh) angegeben.
Die Stromgestehungskosten setzen sich grundsätzlich aus mehreren Einzelpositionen zusammen, die je nach Art der Stromerzeugung variieren:
- Kapitalkosten (einschließlich der Kosten für die Finanzierung des Fremdkapitals),
- fixe und variable Betriebskosten,
- Brennstoffkosten, ggf.
- die angestrebte Kapitalrendite über die Betriebsdauer.
Wichtig: Die Kosten für die bedarfsgerechte Verteilung und Pufferung von Strom sind in den Stromgestehungskosten nicht enthalten.
Die Kenntnis der Stromerzeugungskosten ermöglicht es, verschiedene Stromerzeugungstechnologien hinsichtlich ihrer Kosten zu vergleichen. Im Internet finden Sie verschiedene Darstellungen solcher Vergleiche, in Form von Tabellen, Diagrammen oder Texten, zum Beispiel hier.
Mit diesen Begriffserklärungen sind Sie gut gerüstet für eine Analyse der grünen Wasserstoffpreise. Los geht's!
Je nachdem, wie der Wasserstoff hergestellt wird, d.h. mit welchem technischen Verfahren, erhält das farblose Gas einen "farbigen Beinamen". Von grünem, im Sinne von ökologischem und umweltfreundlichem, Wasserstoff ist immer dann die Rede, wenn der Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt wird - und dabei auch Strom aus erneuerbaren Energiequellen, also Ökostrom, verwendet wird. Grüner Wasserstoff gilt daher als treibhausgasneutral (CO2-neutral).
Während grüner Wasserstoff ohne den Einsatz fossiler Rohstoffe hergestellt werden kann, sieht es bei den anderen Wasserstofffarben anders aus: Das fossile Erdgas, das zur Herstellung von grauem, blauem oder türkisem Wasserstoff benötigt wird, muss zunächst aus den Tiefen der Erde gefördert werden, schreibt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hier auf seiner Website. Dabei würden erhebliche Emissionen entstehen, da geringe Mengen des Treibhausgases Methan (CH4) entweichen würden, das etwa 25-mal klimaschädlicher ist als Kohlendioxid (CO2). Darüber hinaus würde die Wasserstoffproduktion laut BMBF CO2-Emissionen verursachen.
So entstünden beispielsweise bei konventionellem (grauem) Wasserstoff bei der Aufspaltung von Erdgas pro Tonne (t) Wasserstoff etwa zehn Tonnen CO2 als Abfallprodukt, so das Bundesministerium weiter. Beim blauen Wasserstoff wird dieses CO2 abgetrennt und in der Regel unterirdisch gespeichert - doch auch die Speicherung ist mit Risiken und hohen Kosten verbunden und wird daher in Deutschland gesellschaftlich nicht akzeptiert.
Solarstrom ist Strom, der von einer Solarstromanlage (Photovoltaikanlage) aus der Energie, die die Sonne auf die Erde strahlt, erzeugt wird. Eine Solarstromanlage besteht aus vielen Solarzellen, die zu Solarmodulen zusammengefügt sind. Eine Solarzelle ist ein elektronisches Bauteil. Sie besteht aus verschiedenen Halbleiterschichten.
Oft wird dazu hochreines Silizium verwendet, das absichtlich mit anderen chemischen Elementen "verunreinigt" wird - und zwar so, dass einerseits eine Schicht entsteht, in der es an Elektronen mangelt, und andererseits eine Schicht, in der ein Überschuss an Elektronen vorhanden ist.
Zwischen den beiden Schichten bildet sich dann automatisch eine Art Grenzschicht, in die Elektronen eindringen, um das Ungleichgewicht auszugleichen. Auf diese Weise kann die Ladung mit den Elektronen verschoben werden: Wenn ein Sonnenstrahl, der rein physikalisch gesehen aus Photonen (auch Lichtquanten oder Lichtteilchen genannt), den Trägern der elektromagnetischen Strahlung, besteht, auf die Grenzschicht einer Solarzelle trifft, werden die Elektronen aktiviert. Sie "wandern" dann zum Pluspol. Schließt man den Stromkreis zwischen den beiden Schichten, kann elektrischer Strom fließen.
Die Solarzelle hat die Lichtenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Jede Solarzelle für sich allein erzeugt nur eine kleine Menge Strom. Deshalb schaltet man viele von ihnen zu einem Modul zusammen und erhöht so die Ausbeute an Solarstrom.
Windkraft ist Strom, der von einer Windturbine erzeugt wird. Sie wird auch als Windturbine bezeichnet und nutzt die natürliche Energie des Windes (kinetische Energie, kinetische Energie der Strömung) und wandelt sie in elektrische Energie um.
Die typischen Windkraftanlagen, die man hierzulande in großer Zahl an Land (onshore) und offshore (in Küstengewässern) sieht, sind so genannte dreiflügelige Auftriebsrotoren.
Sie haben eine horizontale Achse und einen Rotor auf der windzugewandten Seite. Zwischen dem Rotor und dem Generator kann sich ein Zwischengetriebe befinden, das die höheren Drehzahlen überträgt. Das gemeinsame Maschinengehäuse (die so genannte Gondel) sitzt auf einem röhrenförmigen Turm und wird zusammen mit dem Rotor in Windrichtung bewegt - unterstützt von einem kleinen Elektromotor.
Ein Elektrolyseur ist ein technisches Gerät, das mit Hilfe von Strom eine chemische Reaktion durchführt, die auch als Stoffumwandlung bezeichnet wird: die Elektrolyse. Mit der im Zuge der Energiewende geplanten Massenproduktion von grünem Wasserstoff rücken Elektrolyseure als Produktionssystem in den Fokus. Denn sie spalten Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf (sogenannte Wasserspaltung).
Die entsprechende chemische Reaktionsgleichung sieht wie folgt aus:
2 H2O 4 H+ + 4e- +O2
4 H+ + 4e- 2 H2
Elektrolyseure lassen sich nach der Art und Weise unterscheiden, wie sie die Wasserspaltung durchführen.
Die Kosten, die bei der Umwandlung einer Energieform in Strom anfallen, werden als Stromerzeugungskosten bezeichnet. Sie werden z. B. in Euro oder Dollar pro Megawattstunde (MWh) angegeben.
Die Stromgestehungskosten setzen sich grundsätzlich aus mehreren Einzelpositionen zusammen, die je nach Art der Stromerzeugung variieren:
- Kapitalkosten (einschließlich der Kosten für die Finanzierung von Fremdkapital),
- fixe und variable Betriebskosten,
- Brennstoffkosten, ggf.
- die angestrebte Kapitalrendite über die Betriebsdauer.
Wichtig: Die Kosten für die bedarfsgerechte Verteilung und Pufferung von Strom sind in den Stromgestehungskosten nicht enthalten.
Die Kenntnis der Stromerzeugungskosten ermöglicht es, verschiedene Stromerzeugungstechnologien hinsichtlich ihrer Kosten zu vergleichen. Im Internet finden Sie verschiedene Darstellungen solcher Vergleiche, in Form von Tabellen, Diagrammen oder Texten, zum Beispiel hier.
Mit diesen Begriffserklärungen sind Sie gut gerüstet für eine Analyse der grünen Wasserstoffpreise. Los geht's!
Die Autorin des Berichts "Niedrigste Stromgestehungskosten für grünen Wasserstoff mit Photovoltaik + Windkraft + Elektrolyseur" im PV Magazin, Sandra Enkhardt, beginnt mit der Feststellung, dass grüner Wasserstoff hierzulande vor allem für die Industrie als unverzichtbar, also "lebensnotwendig" gilt, wenn es um die Energiewende, also die Abkehr von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energien und damit um Dekarbonisierung und eine Energieversorgung fit4future geht.
Die Wasserstoffwirtschaft stecke aber noch in den Kinderschuhen: Wenn es nach den Plänen der Bundesregierung geht, sollen die deutschen Kapazitäten für die Produktion von grünem Wasserstoff bis 2030 auf 10 Gigawatt (GW) steigen. Nach einer Analyse von Aurora Energy Research sind in Deutschland bereits Projekte für grünen Wasserstoff mit einer Gesamtkapazität von 21 Gigawatt angekündigt, von denen bisher nur ein Bruchteil realisiert wurde. Laut Enkhardt beziffern die Analysten von Aurora Energy Research den Bedarf der Industrie an grünem Wasserstoff bis zum Jahr 2050 auf bis zu 300 Terawattstunden (TWh).
Damit die deutsche Industrie den grünen Wasserstoff auch tatsächlich nutzt, muss er sich aber rechnen, so Enkhardt weiter. Sie schreibt, dass die Analysten von Aurora Energy Research davon ausgehen, dass die durchschnittlichen Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff (Produktionskosten) in Kombination mit einer regenerativen Erzeugungsanlage bis 2025 auf etwa fünf Euro pro Kilogramm Wasserstoff sinken werden.
Die Studie geht auch davon aus, dass Industriekunden in den kommenden Jahren bereit sein werden, mehr als die fünf Euro pro Kilogramm für grünen Wasserstoff zu bezahlen.
Laut Enkhardt sind die Analysten von Aurora Energy Research sogar optimistisch, dass sich die Produktionskosten für den Zeitraum ab 2030 durch den Import von grünem Wasserstoff weiter reduzieren werden. Vorausgesetzt, die entsprechende Transportinfrastruktur wird gebaut, zum Beispiel Häfen und Pipelines.
Im Hinblick auf eine so genannte Co-Location von Photovoltaik- oder Windkraftanlagen haben die Analysten von Aurora Energy Research im Bericht von PV Magazin online herausgefunden, dass es bei Preisen von mehr als fünf Euro pro Kilogramm Wasserstoff am rentabelsten ist, Onshore-Windparks mit einem Elektrolyseur direkt am Standort zu kombinieren. Dies wäre rentabler als die Kombination eines Elektrolyseurs mit einem Solarkraftwerk (Photovoltaikanlage).
Die höchste Rentabilität würde jedoch erreicht, wenn im Rahmen eines grünen Wasserstoffprojekts sowohl ein Windpark als auch ein Solarpark (Freiflächen-Photovoltaikanlage) mit einem Elektrolyseur zur Erzeugung von grünem Wasserstoff kombiniert würden. In diesem Fall ist es für eine möglichst hohe Rentabilität wichtig, dass der Elektrolyseur eher klein ist.
Laut Sandra Enkhardt haben die Analysten von Aurora Energy Research die folgenden Zutaten vorgeschlagen, um die niedrigsten Produktionskosten für grünen Wasserstoff zu erreichen.
- 50 Megawatt Windkraft
- 50 Megawatt Fotovoltaik
- 20 Megawatt Elektrolyseur
Laut Enkhardt gingen die Analysten von Aurora Energy Research auch davon aus, dass grüner Wasserstoff, der über PPAs, also nicht in Form einer direkten Kopplung mit einer regenerativen Anlage, produziert wird, Produktionskosten von rund fünf Euro pro Kilogramm hätte.
Enkhardt zitiert die Analysten von Aurora Energy Research mit der Aussage, dass in solchen Fällen die Standorte für die erneuerbaren Anlagen optimiert und die Elektrolyseure näher an den Standorten der Kunden gebaut werden könnten.
Dies würde auch die Kosten für den Wasserstofftransport und möglicherweise auch für die Wasserstoffspeicherung senken.
Abschließend schreibt Enkhardt, dass die Europäische Union (EU) kürzlich in ihrem Delegierten Rechtsakt RED II" entsprechende Vorgaben gemacht hat, um sicherzustellen, dass grüner Wasserstoff auch wirklich grün" ist. Demnach muss bis 2026 eine monatliche Korrelation zwischen der Produktion der regenerativen Anlage und der Produktion des grünen Wasserstoffs erreicht werden. Ab 2027 soll diese Bestimmung auf Stundenbasis erfolgen. Außerdem darf die erneuerbare Erzeugungsanlage maximal 36 Monate vor oder nach der Inbetriebnahme des Elektrolyseurs fertig gestellt sein.
Und schließlich müssen sich die Anlagen in derselben oder zumindest in benachbarten Zonen befinden.
