„Im Wasserstoff liegt unsere Zukunft“ 

Die Energiewende braucht Sektorenkopplung und grünen Wasserstoff zur Speicherung von erneuerbarem Strom. 

Die Energiewende wird immer vielschichtiger. Gilt es doch, die losen Enden aus erneuerbaren Energien, Energieträgern, Speichern, Netzausbau und vorhandener Infrastrukturen in einem System zusammenzufassen – gesellschaftlich, ökonomisch und technisch –, um schließlich eine weitgehend CO2-freie Energieversorgung zu erreichen. Wie packt ein Technologiekonzern wie Siemens das Thema an?

 

Thomas Thiemann und Armin Schnettler sehen die Zukunft im Wasserstoff (H2). Allerdings brauche es einen integrativen Ansatz, systematische Förderung und zukunftssichere Technologien, wenn Deutschland und andere Länder die Energiewende meistern wollen.

 

Von Nina Terp

In Deutschland überbrücken wir die Differenz zwischen Verbrauch und fluktuierender Einspeisung des erneuerbar erzeugten Stroms, also die Residuallast, noch weitgehend mit konventionellen Kraftwerken, um die Energieversorgung stabil zu halten. Wie kann es gelingen, diese Last nach dem Ausstieg aus der Kernkraft bis 2022 und aus der Kohle bis 2038 sukzessive CO2-frei zu erzeugen – welche Konzepte sehen Sie?

Thiemann: Das gelingt uns, indem wir uns als Gesellschaft und Unternehmen mit Nachdruck für künftige klimaneutrale Lösungen in der Energieerzeugung einsetzen. Natürlich muss die Versorgung dabei stabil bleiben: Als unmittelbaren Ersatz für Kernenergie und Kohle sehe ich daher hocheffiziente Gas- und Dampfkraftwerke mit Wirkungsgraden von deutlich über 60 %. Bei diesem „Coal-to-Gas shift“ profitiert man von der vorhandenen Infrastruktur an den bestehenden Standorten wie beispielsweise der guten Netzanbindung.

 

Sehr wichtig ist zudem, dass ein Großteil des Energiebedarfs in Deutschland Wärme ist. Mit derartigen modernen Kraftwerken erzielen wir mittels Wärmeauskopplung Energienutzungsgrade von bis zu 90 %. Der Knackpunkt dabei: Diese Investitionen müssen in jedem Fall zukunftssicher sein, also auch mit alternativen Brennstoffen funktionieren können.

Welche wären das?

Thiemann: Wasserstoff, genau genommen: grüner, aus erneuerbaren Energien erzeugter Wasserstoff. So können wir nach entsprechender Umrüstung langfristig einen CO2-freien Energieträger einsetzen.

 

Schnettler: Wasserstoff ist ein unglaublich vielseitiges Element. Wir können ihn mit einem gewissen Aufwand, druckkomprimiert, in hoher Dichte und über einen sehr langen Zeitraum als Gas oder auch verflüssigt speichern. Die wichtigste Rolle spielt Wasserstoff jedoch in der direkten Nutzung, zum Beispiel in der Stahlindustrie oder auch in Brennstoffzellenantrieben, oder als Eingangsprodukt für die Herstellung von Kohlenwasserstoffen. Natürlich kann Wasserstoff auch in das Gasnetz eingespeist oder zur Re-Elektrifizierung als Brenngas in Gasturbinen verwendet werden.

 

Thiemann: Der Clou ist: In Ländern wie Deutschland können wir zum großen Teil sogar vorhandene Infrastrukturen wie existierende Pipelines oder Kavernen zum Speichern beziehungsweise für den Transport von H2 nutzen. 

Wenn Sie zunächst auf Gaskraftwerke setzen, zementieren Sie damit nicht die Energieversorgung mit fossilen Energieträgern?

Thiemann: Eben gerade nicht! Die technische Umrüstung eines ganzen Gaskraftwerks ist grundsätzlich denkbar und das zu einem Bruchteil der Kosten eines Kraftwerkneubaus. Wichtig ist aus unserer Sicht, dass die H2-Upgrade-Fähigkeit beim Bau neuer Anlagen schon heute, soweit es geht, berücksichtigt wird. Für uns als Hersteller hat es hohe Priorität, dass unsere Kunden in zukunftssichere Produkte investieren können. Und wir müssen unsere Technologien und Kraftwerke schon jetzt möglichst gut auf eine spätere Umrüstung vorbereiten. So können wir gewährleisten, dass die Investitionen auch wirklich zukunftssicher sind – und die Energieerzeugung in Zukunft grün werden kann.

 

Schnettler: Und wir dürfen eines nicht vergessen: Grüner Wasserstoff ist für uns ein Schlüssel zu einer erfolgreichen Energiewende in Deutschland und anderen Ländern. Bloß gibt es ihn noch nicht in ausreichender Menge zu akzeptablen Kosten. Der mit etwa 95 % bei weitem größte Teil des heute erzeugten Wasserstoffs basiert auf fossilen Energieträgern und wird industriell genutzt. Wir befinden uns also in einer Übergangsphase – grüner Wasserstoff wird zunächst in neuen, weniger preissensiblen Märkten eingesetzt werden. Und diese Übergangsphasen erfordern naturgemäß oft auch vorrübergehende Lösungen.

Wichtig ist, dass wir auch in zukünftigen, stark erneuerbar geprägten Energieversorgungssystemen die Versorgungssicherheit gewährleisten. Hier werden Batteriespeicher für die kurzzeitige Bereitstellung von Ausgleichsenergie und besonders auch Gaskraftwerke für die nächsten Jahrzehnte eine wichtige Rolle spielen.

 

Thiemann: Genau. Diese Phasen kann man mit grünem Wasserstoff direkt oder als Beimengung überbrücken, und ihn in großer Menge in einer Wasserstoffinfrastruktur speichern kann. 

Was kann die Wasserstofftechnologie heute leisten?

Schnettler: Prinzipiell sind erst einmal alle wichtigen Technologien vorhanden. Allerdings bedarf es an vielen Details noch intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Und natürlich fehlt die industrielle Skalierung. 

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Was sagen Netzbetreiber und Stromerzeuger zum Thema Wasserstoff?

Und wie weit ist Siemens in Sachen H2?

Schnettler: Siemens allein bietet alle Kerntechnologien für eine langfristig CO2-freie, also eine tiefgehend dekarbonisierte Energieversorgung von der Erzeugung bis zum Verbrauch. Wir haben uns klar dem Ziel einer sauberen Energieerzeugung verschrieben. Das fängt bei der Strom- und Wärmeerzeugung durch erneuerbare Energien oder Gaskraftwerke mit gegebenenfalls hybriden Konzepten an, geht über die Stromübertragung und -verteilung bis zur effizienten PEM-Elektrolyse des Wasserstoffs mittels einer sogenannten Polymer-Elektrolyt-Membran oder auch Protonenaustauschmembran, kurz PEM (s. Infobox).

 

Wir bauen zum Beispiel gerade den leistungsstärksten PEM-Elektrolyseur mit unseren Partnern in Linz. Zudem sind die weltweit größten PEM-Elektrolyseure seit Jahren erfolgreich in Deutschland in Betrieb – jedoch mit einer jeweils installierten Leistung im Megawattbereich. Für die Umsetzung der Energiewende und der Sektorenkopplung streben wir die Gigawattklasse an.

 

Insofern sind wir sehr erfreut, dass Bundesminister Altmaier kürzlich die Wasserstoff-Reallabore bekanntgegeben hat (siehe Kasten). Ein wichtiger Schritt in die Zukunft. Dort werden sämtliche Prozesse, auch nach der Elektrolyse, getestet. Der Wasserstoff wird zunächst gespeichert …

 

Thiemann: … und kann zum Beispiel mit Hilfe von umgerüsteten Gasturbinen rückverstromt oder im chemischen Prozess in Methanol umgewandelt werden. Dafür bietet Siemens beispielsweise die Turbinen, Transformatoren, den Netzanschluss und Mittelspannungsschaltanlagen für die Verteilung des Stroms – die Kernkomponenten sind grundsätzlich vorhanden.

 

Schnettler: Nicht zu vergessen die Wärmepumpen, mit deren Hilfe wir die Systemabwärme als Fernwärme nutzen können. Und natürlich ein intelligentes Netzsteuerungssystem.

 

Thiemann: Die im Verband EUTurbines zusammengeschlossenen Turbinenhersteller haben übrigens im Januar dieses Jahres ein „Renewable Gas Committment“ abgegeben. Darin kündigen sie an, bis 2020 Gasturbinen zu liefern, die mit 20 % H2 betrieben werden können und ab 2030 Turbinen für 100 % H2. Die Hersteller haben einen starken Fokus auf diese Thematik gesetzt. Siemens kann beispielsweise schon heute für die meisten Gasturbinen im Neuanlagen-Portfolio 30 %, teilweise sogar bis zu 60 % H2-Anteil mit emissionsarmer Vormischtechnologie (Dry Low Emission, DLE) anbieten. Diese DLE-Technologie entwickeln wir intensiv weiter, um in Zukunft noch höhere H2-Beimischungen im stickoxidarmen Betrieb zu ermöglichen. Für Bestandsanlagen haben wir Modernisierungspakete im Programm, die je nach Typ und Alter der Maschine ähnliche H2-Beimsichungswerte ermöglichen kann.

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Aber warum sind wir von einer flächendeckenden Wasserstoffinfrastruktur noch recht weit entfernt?

Thiemann: Weil wir zu allererst einen weiteren, deutlichen Ausbau der erneuerbaren Energien brauchen, damit wir ausreichende Mengen an grünem Wasserstoff herstellen und speichern können. Das ist eine der ganz großen Herausforderungen.

 

Schnettler: Richtig. In den Systemstudien sind beispielsweise bis zum Kohleausstieg 2038 in Deutschland mehr als 240 GW installierte Leistung aus erneuerbaren Energien berücksichtigt. Wir werden aber auch zukünftig vermehrt CO2-neutrale Energieträger aus dem Ausland importieren müssen. Und wir hoffen, dass sich baldmöglichst eine ausreichend hohe und stabile Nachfrage nach grünem Wasserstoff einstellt, was ganz wesentlich von den jeweiligen Gestehungskosten abhängt. Entscheidend ist daher der ganzheitliche Ansatz. Um das Gesamtsystem zu optimieren und die Kosten dafür zu begrenzen, brauchen wir eine Strategie, die alle Teilsegmente des Energiesystems nach und nach integriert. Dazu gehören grüne Energieträger wie grüner Wasserstoff ebenso wie der Ausbau von kleinen und großen Speichern, Netzen und cleveren Energiemanagementsystemen. Wir brauchen nicht allein technische, sondern Systeminnovationen, damit wir auch infrastrukturelle und sozialökonomische Aspekte wie neue Geschäftsfelder und Beteiligungsformen, intelligent miteinander verbinden können.

 

Thiemann: Es fehlt zudem schlicht an den Rahmenbedingungen für eine Wasserstoffwirtschaft. Aus diesem Grund bedarf es der stärkeren regulativen Integration einer künftigen Wasserstoffwirtschaft in das Energiesystem, zu Beginn auch verbunden mit finanziellen Anreizen für grün erzeugten Wasserstoff und seine Weiterverwendung in den Sektoren Wärme, Strom, Mobilität und Industrie. Das brauchen wir für den Durchbruch des Wasserstoffs als Energieträger – für den Durchbruch der Energiewende.

 

Schnettler: Jetzt gilt es, möglichst schnell die Innovationen im Gesamtsystem voranzutreiben und gleichzeitig die Rahmenbedingungen zu schaffen. Die Reallabore stellen einen guten Rahmen für die technologische Weiterentwicklung und Skalierung dar.

Funktioniert die CO2-freie Energieversorgung in den Reallaborprojekten schon?

Thiemann: Wir sind erst am Anfang. Aber aus meiner Sicht sind diese Projekte überwiegend sehr vielversprechend. Hier können wir – Energieversorger, Forschungseinrichtungen und Technologiehersteller – gemeinsam zeigen, dass eine CO2-freie, umweltfreundliche Energieversorgung unter realen Bedingungen und unter Nutzung vorhandener Anlagen möglich und sinnvoll ist. Wir arbeiten zusammen daran, die Herausforderungen bis zur Serienreife und Nutzung von H2 in großem Maßstab zu meistern und der Welt klarzumachen: Im Wasserstoff liegt unsere Zukunft. Dafür setzen wir uns als Unternehmen ein.

 

Herr Professor Schnettler, Herr Professor Thiemann, vielen Dank für das Gespräch.

Nina Terp ist freie Journalistin.

 

Dieser Artikel wurde erstmals im BWK Magazin veröffentlicht.

Bildnachweis: Siemens AG, RWE AG, Thyssengas GmbH, Amprion GmbH / Rüdiger Nehmzow

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