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Das Thema Wasserstoff (H2) hat sich weltweit zu einer politischen Priorität entwickelt. Bereits im September 2020 kam die Studie International Hydrogen Strategies des Weltenergierats – Deutschland [1] zu dem Ergebnis, dass über 20 Staaten weltweit eigene Wasserstoffstrategien erlassen bzw. geplant hatten, dies zeitnah anzugehen. Mehr als 30 weitere Länder unterstützten zudem entweder nationale Wasserstoffprojekte oder diskutierten erste Schritte zur Nutzung von Wasserstoff. Seitdem ist die Zahl der nationalen H2-Strategien sowie der Länder mit H2-Aktivitäten kontinuierlich gestiegen.
Globaler Vorreiter im H2-Bereich war Japan. Bereits 2017 legte die japanische Regierung ein Strategiepapier zur H2-Nutzung vor. Frankreich folgte ein halbes Jahr später mit einem ersten Entwicklungsplan für Wasserstoff, der im September 2020 durch eine grüne H2-Strategie ergänzt wurde. Auch Südkorea und Australien, die ihre jeweiligen Strategiepapiere 2019 veröffentlichten, gehörten zu den ersten Staaten mit umfassenden H2-Plänen. Im Jahr 2020 kam es dann zu einem internationalen Boom an Regierungsstrategien zu Wasserstoff. Darunter befanden sich viele europäische Länder, u.a. Deutschland, die Niederlande, Norwegen, Portugal und Spanien, aber auch Chile und Kanada.
Auch die Europäische Union (EU) veröffentlichte im Sommer 2020 eine H2-Strategie für ein klimaneutrales Europa. 2021 folgten Ungarn, Tschechien, die Slowakei, das Vereinigte Königreich, Belgien, Marokko, Polen und Dänemark.
Die Zahl der Staaten, die angekündigt haben, ebenfalls eigene Strategiedokumente zu veröffentlichen, steigt global weiter rasant. Neben EU-Mitgliedstaaten wie Italien, Österreich und Schweden gehören auch asiatische Schwergewichte wie China und Indien dazu sowie südamerikanische Länder, wie z. B. Uruguay. Bei den H2-Aktivitäten handelt sich damit nicht nur um einen europäischen Trend, sondern um ein globales Phänomen.
Die Weltenergierat-Studie von 2020, die in Kooperation mit der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH erstellt wurde, ist zu dem Schluss gekommen, dass sich die nationalen Strategiedokumente häufig hinsichtlich ihrer Schwerpunkte, ihres Konkretisierungsgrads und der vorgesehenen Massnahmen stark voneinander unterscheiden. Einige Staaten, wie Japan, Südkorea und Deutschland, veröffentlichten umfassende Strategien, die den Einsatz des alternativen Energieträgers in unterschiedlichen Bereichen vorsehen. Andere Länder wie die Schweiz konzentrierten sich bei ihren nationalen Aktivitäten bisher auf bestimmte Aspekte der H2-Nutzung, etwa auf den Einsatz im Verkehrssektor. Ein Grossteil der Strategien fixiert zunächst allgemeine Rahmenbedingungen, die in der Folgezeit noch konkretisiert werden sollen.
Insgesamt lässt sich jedoch festhalten, dass die Motive hinter den H2-Aktivitäten häufig ähnlich sind. Dazu gehören das Erreichen von Klimaschutzzielen, wie die Reduktion der nationalen Treibhausgasemissionen und verstärkte Integration erneuerbarer Energien (EE) in das Energiesystem, sowie eine Diversifizierung der Energiequellen. Auch wirtschaftliche Gründe stehen bei vielen Ländern, wie Südkorea, Deutschland, den Niederlanden und Australien, im Fokus ihrer H2-Ambitionen. Immer wieder betont werden die Chancen, die für das eigene Wirtschaftswachstum gesehen werden, etwa durch den Aufbau einer eigenen H2-Wirtschaft, die Schaffung neuer Arbeitsplätze, technologische Fortschritte oder H2- und Technologieexporte.
Hinsichtlich der Frage, wie der Wasserstoff künftig produziert werden soll, zeigen die Strategien teilweise unterschiedliche Wege auf. Kurz- bis mittelfristig (bis ca. 2030) betrachten viele Regierungen verschiedene Arten – oder Farben – von Wasserstoff als eine Möglichkeit, um die benötigten H2-Mengen bereitzustellen und den Hochlauf des alternativen Energieträgers zu unterstützen. Viele Staaten, wie z. B. Deutschland, Japan oder Australien, nutzen bereits sogenannten grauen Wasserstoff, der auf Basis fossiler Energieträger, wie konventionellem Erdgas und Kohle, produziert wird. Blauer Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen, bei dem die CO2-Emissionen abgeschieden und gespeichert werden (Carbon Capture and Storage, CCS), wird ebenfalls von vielen analysierten Strategien als Teil der Lösung angesehen. Einige Staaten, besonders in Asien, setzen auch nach 2030 auf den CO2-armen blauen Wasserstoff. Türkiser Wasserstoff, der sich durch die Pyrolyse von Methan gewinnen lässt, wird vor allem in der deutschen und russischen Strategie als Option diskutiert.
Bis zur Jahrhundertmitte heben die meisten analysierten H2-Pläne allerdings die Bedeutung von grünem Wasserstoff hervor, der mithilfe von EE-Strom produziert wird. Dieser erneuerbare Wasserstoff wird als wichtiges Instrument betrachtet, um den nationalen CO2-Ausstoss zu verringern und damit das Ziel der Klimaneutralität zu erreichen, das sich viele Staaten gesetzt haben. Der Fokus auf den langfristigen Einsatz von grünem Wasserstoff ist besonders in der EU und ihren Mitgliedstaaten ausgeprägt. Nur in einigen wenigen Ländern, wie Russland und Südkorea, wird auch grauer Wasserstoff noch auf unbestimmte Zeit eine Rolle spielen.
Als Einsatzbereiche für den alternativen Energieträger werden in den analysierten Strategien insbesondere der Verkehr und die Industrie identifiziert. Wasserstoff spielt in Raffinerien sowie in der chemischen Industrie bereits heute eine wichtige Rolle, etwa als Ausgangsstoff für eine Vielzahl von Produkten wie Ammoniak, Methanol und anderen Chemikalien. Bislang wird der Wasserstoff hauptsächlich fossil gewonnen, etwa mittels Erdgas. Der Ersatz fossiler Energien durch grünen oder CO2-armen Wasserstoff im Industriebereich wird in vielen nationalen H2-Plänen skizziert.
Auch der Mobilitätssektor stellt in allen Plänen einen relevanten Zielsektor dar, jedoch regional mit unterschiedlichem Fokus. Viele asiatische Staaten, wie Japan, Südkorea und China, schreiben Brennstoffzellenfahrzeugen beispielsweise in allen Sektoren des Strassenverkehrs eine wichtige Rolle zu, auch im Pkw-Bereich. Die europäischen Strategien setzen vor allem auf den H2-Einsatz in schweren Nutzfahrzeugen und Bussen. Auch die Nutzung grüner synthetischer Kraftstoffe auf H2-Basis (sogenannte E-Fuels) wird in einigen Strategien als Option erwogen. Diese lassen sich ohne grössere Modifikationen in der bestehenden Infrastruktur nutzen und bieten damit in Bereichen, in denen die direkte Nutzung von Strom schwierig oder nicht wettbewerbsfähig ist, eine Perspektive für eine rasche Dekarbonisierung.
Japan und Südkorea sehen auch den Wärmemarkt als bedeutenden Anwendungsbereich für Wasserstoff. Brennstoffzellen kommt hier bereits heute eine grosse Bedeutung zu.
Länder wie Australien und die Ukraine setzen zudem auf Wasserstoff für den Export. Der Aufbau eines Binnenmarkts wird hier vor allem als Ausgangspunkt für die Schaffung der notwendigen Wertschöpfungsketten für die künftigen H2-Exporte betrachtet.
Die Frage nach den künftig benötigten Mengen an Wasserstoff tritt zunehmend in das Zentrum der H2-Debatte. Der erwartete H2-Bedarf wird dabei nicht in allen untersuchten Strategien quantifiziert. In den Ländern, die dies tun, liegt der vermutete Verbrauch jedoch – bezogen auf die Wirtschaftsleistung – bei einer ähnlichen Grössenordnung. Die Weltenergierat-Studie schätzt den globalen H2-Bedarf für das Jahr 2050 auf ungefähr 9000 Terawattstunden (TWh) bzw. 270 Mio. Tonnen (t) jährlich. Das entspricht in etwa der Menge an Primärenergie, die weltweit im Jahr durch erneuerbare Energien bereitgestellt wird.
Viele Staaten werden ihren Verbrauch an insbesondere grünem Wasserstoff voraussichtlich nicht durch die eigenen Erzeugungskapazitäten decken können, etwa aufgrund begrenzter EE-Potenziale. Bis 2050 könnte der Gesamtbedarf an Wasserstoff und H2-basierten Brennstoffen allein in der EU von aktuell ca. 10 Mio. auf bis zu 60 Mio. t bzw. 2000 TWh steigen. Das ist das Ergebnis der neuen europäischen Studie des Weltenergierats Decarbonised Hydrogen Imports into the European Union: challenges and opportunities [2]. Sie schätzt den Anteil der Produktion am Verbrauch von Wasserstoff und H2-basierten Brennstoffen im Jahr 2050 auf etwa 50 Prozent. Das bedeutet, dass die EU bis zur Jahrhundertmitte rund 30 Mio. t dekarbonisierten Wasserstoff und entsprechende Derivate pro Jahr importieren muss. Auch Staaten wie Japan und Südkorea stellen sich bereits darauf ein, einen erheblichen Teil ihres künftigen H2-Bedarfs mittel- und langfristig zu importieren.
Andere Länder verfügen hingegen über ein hohes Potenzial an Erneuerbaren und damit für die Produktion von grünem Wasserstoff. Für diese bieten sich grosse Wachstums- und Entwicklungschancen durch den Aufbau einer eigenen H2-Wirtschaft und H2-Exporte. Der Aufbau von Produktionskapazitäten und der logistischen Infrastruktur in den Exportländern wird erhebliche Investitionen erfordern. Die Etablierung von H2-Beziehungen zwischen potenziellen Import- und Exportländern bietet in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, Synergien zu nutzen, die Risiken für das eingesetzte Kapital zu reduzieren und neue Wertschöpfungsketten zu entwickeln.
Die deutsche H2-Strategie beispielsweise sieht allein 2 Mio. Euro für den Aufbau internationaler H2-Partnerschaften vor. Deutschland hat mit dem Förderprogramm H2Global ein Instrument ins Leben gerufen, das den Import sowie den Markthochlauf von grünem Wasserstoff befördern soll. Eine eigens eingerichtete Stiftung soll das H2-Angebot im Ausland mit der Nachfrage im Inland mithilfe eines Doppelauktionsmechanismus zusammenzubringen. Differenzen zwischen dem Angebots- und dem Nachfragepreis sollen dabei über Differenzverträge (Contracts for Difference) ausgeglichen werden.
In den vergangenen Monaten hat sich weltweit bereits eine grosse Zahl bi- und trilateraler H2-Beziehungen gebildet. Die Partnerschaften reichen von ersten Gesprächen zu einer möglichen Kooperation über Absichtsvereinbarungen (sogenannte Memorandums of Understanding) bis hin zu Forschungskooperationen sowie gemeinsamen Pilot- und Demonstrationsprojekten. Eines der ersten Projekte dieser Art ist das Hydrogen Energy Supply Chain (HESC)-Pilotprojekt zwischen Australien und Japan. Dabei soll Wasserstoff aus Braunkohle im australischen Bundesstaat Victoria produziert und per Schiff nach Japan transportiert werden. Es ist geplant, die dabei anfallenden CO2-Emissionen abzuscheiden und unter dem Meeresboden zu lagern.
Die deutsche Bundesregierung ist an der Umsetzung des Projekts Haru Oni in Chile beteiligt, das die Generierung von grünem Wasserstoff mit Weiterverarbeitung in synthetische Kraftstoffe in Chile testen wird. Ein weiteres zwischenstaatliches Projekt ist HySupply. Ziel der deutsch-australischen Zusammenarbeit ist die Identifizierung und Analyse möglicher Geschäftsmodelle für die Lieferung von grünem Wasserstoff zwischen beiden Industriestaaten.
Auch auf regionaler Ebene bilden sich vermehrt H2-Partnerschaften, etwa in Südamerika zwischen Kolumbien und Chile. In Europa ist im Dezember 2020 das Important Project of Common European Interest (IPCEI) Hydrogen angestossen worden. IPCEI sind integrierte Vorhaben von europäischem Interesse, an denen mindestens zwei EU-Mitgliedstaaten beteiligt sind und die mithilfe öffentlicher Fördermittel einen Beitrag zu Wettbewerbsfähigkeit, Wachstum und Beschäftigung leisten sollen. Das H2-IPCEI zielt darauf ab, den Markthochlauf für H2-Technologien innerhalb der EU entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu unterstützen. 22 EU-Mitgliedstaaten und Norwegen unterzeichneten eine entsprechende Absichtserklärung für die zwischenstaatliche Kooperation im H2-Bereich rund um die Themen Erzeugung, Transport und Nutzung.
Wasserstoff hat sich zu einem globalen Phänomen entwickelt. Das beweist nicht zuletzt die grosse Anzahl an nationalen H2-Strategien, die in den letzten zwei Jahren veröffentlicht bzw. in Planung gegeben worden ist. Das H2-Thema hat auch Implikationen für die Ausgestaltung der internationalen Wertschöpfungsketten. Länder mit begrenzten EE-Potenzialen, aber einem hohen künftigen H2-Bedarf, werden voraussichtlich einen Grossteil des benötigten Wasserstoffs importieren. Für Staaten mit günstigen Bedingungen für die Erneuerbaren-Produktion ergeben sich daraus ökonomische Chancen, unter anderem durch H2-Exporte. Die ersten zwischenstaatlichen Energiepartnerschaften zu Wasserstoff haben sich in den letzten Monaten bereits gebildet. Es ist zu erwarten, dass ihre Zahl künftig weiter steigen wird.
Bislang lässt sich jedoch allenfalls die Entwicklung nationaler und regionaler H2-Märkte beobachten. Die Herausbildung eines Weltmarkts für Wasserstoff wird aktuell noch durch eine Reihe von Faktoren behindert. So legen die bislang skizzierten Massnahmen den Fokus oft auf die Formulierung von Zielen und weniger auf Instrumente für die Zielerreichung. Der Markthochlauf für H2-Technologien hängt allgemein von der Wettbewerbsfähigkeit von Wasserstoff gegenüber anderen Energieträgern ab. Befördern liesse sich diese etwa durch die Schaffung sektoraler Quoten für Wasserstoff und E-Fuels.
Mit Blick auf den H2-Handel und die Entwicklung eines globalen H2-Markts wäre zudem ein allgemein anerkanntes System für die Zertifizierung von grünem und CO2-armem Wasserstoff sowie Mindeststandards für die H2-Erzeugung, -Nutzung und den -Transport notwendig. Eine neue Studie der Deutschen Energie-Agentur (dena) und des Weltenergierats – Deutschland zu internationaler H2-Zertifizierung kommt allerdings zu dem Ergebnis, dass ein einheitliches Zertifizierungssystem für grünen Wasserstoff auf globaler Ebene schwer umsetzbar sein wird [3]. Dies liegt vor allem daran, dass Länder oder Märkte mit besonders ehrgeizigen Kriterien für die Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien diese voraussichtlich nicht zugunsten eines global harmonisierten Systems aufgeben werden.
Die Phase bis 2030 wird entscheidend für die Etablierung einer H2-Wirtschaft sein – sowohl in Europa als auch global. Die politischen Entscheidungsträger und -trägerinnen sollten daher sicherstellen, dass die regulatorischen Anforderungen an Wasserstoff den Handel und die Entwicklung des Marktes für erneuerbaren Wasserstoff nicht behindern.
Bibliographie
[1] Weltenergierat – Deutschland e.V./Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (2020): International Hydrogen Strategies, Berlin
[2] World Energy Council – Europe, Decarbonised Hydrogen Imports into the European Union (2021): challenges and opportunities, Oktober 2021, www.weltenergierat.de/wp-content/uploads/2021/10/WEC-Europe_Hydrogen-Import-Study.pdf
[3] German Energy Agency/World Energy Council – Germany (2022): Global Harmonisation of Hydrogen Certification, Berlin
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