Immer mehr Länder beginnen, strategische Ziele für die Wasserstoffenergie zu setzen, und einige Investitionen zielen auf die Entwicklung grüner Wasserstofftechnologien ab. Die EU und China sind führend in dieser Entwicklung und streben nach Vorreitervorteilen bei Technologie und Infrastruktur. Japan, Südkorea, Frankreich, Deutschland, die Niederlande, Neuseeland und Australien haben seit 2017 Strategien für die Wasserstoffenergie veröffentlicht und Pilotprojekte entwickelt. 2021 veröffentlichte die EU eine strategische Vorgabe für die Wasserstoffenergie. Darin wird vorgeschlagen, die Betriebskapazität der Wasserstoffproduktion in Elektrolysezellen durch Wind- und Solarenergie bis 2024 auf 6 GW und bis 2030 auf 40 GW zu steigern. Die Kapazität der Wasserstoffproduktion in der EU soll durch zusätzliche 40 GW außerhalb der EU auf 40 GW erhöht werden.
Wie alle neuen Technologien entwickelt sich auch grüner Wasserstoff von der Primärforschung und -entwicklung hin zur industriellen Mainstream-Entwicklung. Dies führt zu niedrigeren Stückkosten und höherer Effizienz bei Design, Konstruktion und Installation. Grüner Wasserstoff (LCOH) setzt sich aus drei Komponenten zusammen: den Kosten der Elektrolysezelle, dem Preis für erneuerbaren Strom und weiteren Betriebskosten. Die Kosten der Elektrolysezelle machen in der Regel etwa 20 bis 25 % des grünen Wasserstoffs (LCOH) und den größten Anteil am Strom (70 bis 75 %) aus. Die Betriebskosten sind relativ gering und betragen in der Regel weniger als 5 %.
International sind die Preise für erneuerbare Energien (vor allem für Solar- und Windenergie) in den letzten 30 Jahren deutlich gesunken. Die Stromgestehungskosten (LCOE) liegen mittlerweile nahe an denen von Kohlekraftwerken (30–50 US-Dollar/MWh). Dies macht erneuerbare Energien zukünftig kostengünstiger. Die Kosten für erneuerbare Energien sinken weiterhin jährlich um 10 %, und bis etwa 2030 werden sie etwa 20 US-Dollar/MWh erreichen. Die Betriebskosten lassen sich nicht signifikant senken, die Stückkosten der Zellen lassen sich jedoch reduzieren. Für Zellen wird eine ähnliche Lernkostenkurve wie für Solar- und Windenergie erwartet.
Die Photovoltaik wurde in den 1970er Jahren entwickelt, und die Stromgestehungskosten (LCOE) lagen 2010 bei rund 500 US-Dollar pro MWh. Die Stromgestehungskosten (LCOE) sind seit 2010 deutlich gesunken und liegen aktuell bei 30 bis 50 US-Dollar pro MWh. Da die Elektrolysezellentechnologie dem industriellen Maßstab für die Produktion von Photovoltaikzellen ähnelt, dürften die Stückkosten der Elektrolysezellentechnologie zwischen 2020 und 2030 ähnlich hoch ausfallen wie bei Photovoltaikzellen. Gleichzeitig sind die Stromgestehungskosten (LCOE) für Windenergie in den letzten zehn Jahren deutlich gesunken, allerdings weniger stark (etwa 50 Prozent Offshore und 60 Prozent Onshore).
China nutzt erneuerbare Energiequellen (wie Windkraft, Photovoltaik und Wasserkraft) zur elektrolytischen Wasserstofferzeugung. Bei einem Strompreis von unter 0,25 Yuan/kWh sind die Wasserstoffproduktionskosten relativ wirtschaftlich (15,3 bis 20,9 Yuan/kg). Die technischen und wirtschaftlichen Kennzahlen der Wasserstoffproduktion mittels alkalischer und PEM-Elektrolyse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Die Kostenberechnungsmethode für die elektrolytische Wasserstoffproduktion ist in den Gleichungen (1) und (2) dargestellt. LCOE = Fixkosten/(Wasserstoffproduktionsmenge x Lebensdauer) + Betriebskosten (1) Betriebskosten = Stromverbrauch für die Wasserstoffproduktion x Strompreis + Wasserpreis + Gerätewartungskosten (2) Am Beispiel von alkalischen Elektrolyse- und PEM-Elektrolyseprojekten (1000 Nm3/h) wird angenommen, dass der gesamte Lebenszyklus der Projekte 20 Jahre und die Betriebslebensdauer 9×104 Stunden beträgt. Die Fixkosten für das Elektrolysezellenpaket, die Wasserstoffreinigungsvorrichtung, Materialkosten, Hoch- und Tiefbaukosten, Installationsservicegebühren und andere Posten werden für die Elektrolyse auf 0,3 Yuan/kWh berechnet. Der Kostenvergleich ist in Tabelle 2 dargestellt.
Im Vergleich zu anderen Wasserstoffproduktionsmethoden können die Kosten für grünen Wasserstoff auf etwa 15 Yuan/kg gesenkt werden, wenn der Strompreis für erneuerbare Energien unter 0,25 Yuan/kWh liegt, was einen Kostenvorteil darstellt. Im Kontext der CO2-Neutralität, der Senkung der Stromerzeugungskosten für erneuerbare Energien, der groß angelegten Entwicklung von Wasserstoffproduktionsprojekten, der Reduzierung des Energieverbrauchs und der Investitionskosten für Elektrolysezellen sowie der Steuerung durch die CO2-Steuer und andere politische Maßnahmen wird der Weg zur Kostensenkung für grünen Wasserstoff allmählich frei. Gleichzeitig können die tatsächlichen Produktionskosten 20 Yuan/kg übersteigen, da die Wasserstoffproduktion aus herkömmlichen Energiequellen mit vielen damit verbundenen Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Schwefel und Chlor vermischt ist und die Kosten für zusätzliche Reinigung und CCUS anfallen.
Beitragszeit: 06.02.2023