Wasserstofftechnologie im Wärmemarkt – Eine aktuelle Studie des Fraunhofer-Instituts
Bei der Weiterentwicklung der Energiewende setzt die Bundesregierung große Hoffnungen auf Wasserstofftechnologien. Mit der Verabschiedung der Nationalen Wasserstoffstrategie am 10. Juni 2020 hat das Bundeskabinett Maßnahmen auf den Weg gebracht, die Deutschland unter anderem eine internationale Vorreiterrolle bei der Entwicklung und dem Export entsprechender Technologien sichern soll. Der Fokus liegt dabei zwar auf dem Einsatz von Wasserstoff in der Industrie und im Verkehrssektor, aber auch der Wärmemarkt wird in dem Papier als potentielles Einsatzgebiet genannt. Entsprechende Wasserstofftechnologien für den breiten Markt müssen im Wärmesektor allerdings erst noch entwickelt werden. Deshalb stellt sich die Frage, ob der Ausbau der Wasserstofftechnologien im Wärmemarkt in Hinblick auf die Energiewende als weitere klimafreundliche, erneuerbare Alternative zu fossilen Brennstoffen überhaupt sinnvoll ist. Denn mit einer Umsetzung bereits bestehender Lösungen wie energieeffiziente Wärmepumpen, Biomasse und Sanierung der Gebäudehülle, kann die Energiewende im Gebäudesektor sofort umgesetzt werden.
Eine aktuelle Studie des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE untermauert diese Fragestellung. Die Studie „Wasserstoff im zukünftigen Energiesystem: Fokus Gebäudewärme“, die im Auftrag des Informationszentrums für Wärmepumpen und Kältetechnik (IZW e.V.) durchgeführt wurde, beantwortet die Fragen, wie sich die Wasserstoffversorgung grundsätzlich darstellt und wie sinnvoll Wasserstoff für die Gebäudewärmeversorgung ist1.
Ohne Erneuerbare Energien kein grüner Wasserstoff für die Energiewende
Entscheidend für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft ist der Ausbau Erneuerbarer Energien, denn Wasserstoff ist keine eigenständige Energiequelle, er muss erst synthetisch erzeugt werden. Das Fraunhofer IEE stellt fest, dass die Anwendungsfelder für Wasserstoff entsprechend genau sondiert werden müssen. Derzeit gibt es in Deutschland noch keine nennenswerten Mengen an grünem Wasserstoff. Es werden gerade erst die Technologien aufgebaut, um die benötigten Mengen zu produzieren. Das Fraunhofer IEE geht davon aus, dass hierzulande 600 - 1.000 TWh benötigt werden, wovon nur eine kleine Menge in Deutschland selbst erzeugt werden kann. Der Bedarf kann also nur über Importe gedeckt werden. Vor diesem Hintergrund ist es sinnvoll, Wasserstoff nur da einzusetzen, wo es keine Alternativen gibt, um weitere Abhängigkeiten bei der Energieversorgung und lange Transportwege zu vermeiden.
Genaue Informationen zu Wasserstoff sowie dem Vergleich mit anderen Technologien wie der Wärmepumpe sind in folgender Faktenübersicht zusammengestellt:
Der Elektrolyse-Wirkungsgrad der Wasserstoff-Herstellung von 80 % steht einem Wirkungsgrad der Brennwertheizung von 93 % gegenüber. Die Wasserstoff-Heizung verbraucht also mindestens viermal so viel erneuerbaren Strom wie eine Wärmepumpenheizung
Für die Erzeugung von Sonnenstrom liegt der Mittelwert der Sonnenstrahlung in Deutschland bei etwa 1.000 kWh/(m² a), in günstigen Regionen Nordafrikas bei etwa 2.400 kWh/(m² a). Eine Photovoltaik-Anlage kann somit in Nordafrika etwa 2,4-mal so viel Strom erzeugen, wie sie das in Deutschland könnte
In die Produktionskette von Wasserstoff muss neben dessen Strombedarf auch die Umwandlung selbst und dessen Transport nach Deutschland einbezogen werden
Das Fraunhofer IEE hat in einer Studie zur Gebäudewärme für den Import von Wasserstoff aus Nordafrika beispielsweise durchschnittliche Transportverluste von 25 % ausgewiesen
Ein durchschnittlich wärmegedämmtes Einfamilienhaus aus den 1990er Jahren mit 140 m2 Wohnfläche hat einen Jahreswärmebedarf von rund 14.000 kWh
Mit einer Wärmepumpen-Heizung ergeben sich bei einer Jahresarbeitszahl von 3 zu Stromkosten von 22 Cent/kWh Heizenergiekosten von 1.027 €/Jahr
Nimmt man Importkosten, Netzentgelte und Umsatzsteuer zusammen, summieren sich die Verbrauchskosten für grünen Wasserstoff auf ungefähr das 2,3-fache im Vergleich zum erneuerbaren Strom, in Summe auf ca. 2.362 €/Jahr