"Wasserstoffwirtschaft: Paradigmenwechsel in Sicht?"

Potenziale für eine deutsch-japanische Kooperation bei der Realisierung einer Wasserstoffwirtschaft liegen vor allem im „Power-to-Gas“-Ansatz: In Japan wird Wasserstoff (H2) noch überwiegend aus fossilen Energiequellen erzeugt. Derweil bleiben in Deutschland Wasserstoff-Technologien hinter der E-Mobilität zurück.

Aufgrund seiner chemischen Eigenschaften eignet sich Wasserstoff hervorragend als Brenn- und Kraftstoff und bietet Lösungen für zentrale Probleme unserer Zeit: Neben sehr guten Möglichkeiten der Herstellung hat er den Vorteil, sich in Form von Druckgas unkompliziert über längere Zeiträume speichern und transportieren zu lassen. Darüber hinaus ist Wasserstoff, sofern aus regenerativen Energiequellen hergestellt, absolut umwelt- und klimafreundlich, da emissionsfrei: Als Abfallprodukt bei der gezielten Reaktion mit reinem Sauerstoff – beispielsweise in der Brennstoffzelle wasserstoffbetriebener Fahrzeuge – erzeugt er lediglich umweltfreundlichen Wasserdampf.

Bereits 1874 beschrieb Jules Vernes: „Ich glaube, dass Wasser eines Tages als Antriebsstoff dient, dass Wasser- und Sauerstoff, gemeinsam oder getrennt, eine schier unerschöpfliche Quelle an Wärme und Licht bieten, und das in einer Intensität, in der es Kohle nie möglich sein wird. Wenn die Vorräte an Kohle erschöpft sind, werden wir uns mit Wasser wärmen.“ Was der Autor vor fast 150 Jahren als Science-Fiction ausmalte, ist mittlerweile ein realistisches Szenario. Die Wasserstoff-Technologie ist so weit entwickelt, dass heute zahlreiche erfolgreiche Anwendungsbeispiele für die energetische Nutzung von H2 existieren. Schon seit den 1960er Jahren wird Wasserstoff trotz hoher Kosten intensiv in der Raumfahrt und beim Militär, im Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr genutzt.

In jüngerer Zeit wurden große Fortschritte in der F&E der mobilen Anwendung im Verbrennungsmotor erzielt. Vorreiter mit serienreifen Produkten sind japanische Unternehmen wie Toyota mit seinem „Mirai“ und Honda mit dem „Clarity Fuel Cell“. Auch Daimler präsentierte nun im September 2017 auf der IAA einen neuen Geländewagen mit Wasserstofftechnik, den GLC F-Cell, einen Plug-in-Hybrid.

Einsatzmöglichkeiten bestehen aber nicht nur im Transportsektor, sondern auch im stationären Bereich. So existieren zum Beispiel große Pilotanlagen zur Versorgung ganzer Häuserkomplexe mit Brennstoffzellen-Heizungen. Auch hier hat Japan die Nase vorn – bereits 200.000 Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zur Strom- und Heißwasserversorgung in privaten Haushalten wurden bislang installiert. 2020 sollen 1,4 Millionen Einheiten im Einsatz sein (5,3 Millionen bis 2030).

Schlüsselkonzept für die Energiewende

Japan und Deutschland haben sich zum Ziel gesetzt, ihre Treibhausgasemissionen für einen nachhaltigen Klimaschutz bis zum Jahr 2050 drastisch zu reduzieren. Dies stellt die Länder vor die weitreichende Entscheidung nach den besten Alternativen zu Kohle, Öl und Gas. Ein Schlüsselkonzept für die Energiewende in Deutschland ist die Umwandlung von Strom aus erneuerbaren Energien („Power“) per Elektrolyse in Wasserstoff („Gas“). Die „Power-to-Gas“-Technologie, die dazu genutzt werden kann, über dem Bedarf liegende Stromüberschüsse zu speichern, löst damit das Problem der bisher unzureichenden Speicher- und Transportmöglichkeiten von zum Beispiel Wind- oder Sonnenenergie und ermöglicht eine Integration erneuerbaren Stroms in alle Energieverbrauchssektoren. Etwa 30 solcher Umwandlungsanlagen sind deutschlandweit derzeit im Bau oder bereits im Betrieb – der Haken an der Sache ist: wirtschaftlich kann bislang keine davon betrieben werden.

Auch für das rohstoffarme Inselland Japan ist eine Unabhängigkeit vom Import fossiler Energieträger von großem Interesse. Gleichzeitig sucht es Alternativen zur Kernkraft. Mit Blick auf Energiesicherheit und die internationale Klimaschutzvereinbarung bezeichnet Premierminister Shinzo Abe Wasserstoff als das „Ass im Ärmel“ und forciert die Etablierung einer CO2-freien Wasserstoffgesellschaft („Hydrogen Society“). Demonstrationsprojekte werden durch das japanische Wirtschaftsministerium und die Energieagentur NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) großzügig gefördert. Bis zu den Olympischen Sommerspielen im Jahr 2020 werden allein in Tokyo 40 Mrd. Yen in die Entwicklung der Wasserstofftechnologie investiert. Das olympische Dorf soll dann als Modellprojekt dienen. Der genutzte Wasserstoff wird öffentlichkeitswirksam mit grünem Strom aus Fukushima – einem der künftigen Hauptproduktionsstandorte – hergestellt und nach Tokyo transportiert. Zu diesem Zeitpunkt werden laut japanischem Wasserstoffenergieplan bereits 40.000 Brennstoffzellenfahrzeuge auf Japans Straßen unterwegs sein. Bis 2030 soll die Zahl dann auf 800.000 H2-Autos ansteigen.

Die Anzahl der Brennstoffzellenfahrzeuge in Deutschland ist mit etwa 200 Wasserstoffautos bislang vergleichsweise gering. Der Grund besteht vor allem darin, dass eine ausreichende Pipeline- und Tankstellen-Infrastruktur fehlt. Den 80 Wasserstoff-Ladestationen in Japan stehen etwa 25 in Deutschland gegenüber (bei knapp 3.000 E-Ladestationen und gut 14.000 konventionellen Tankstellen). Vor allem die großen Automobilkonzerne leisten mittlerweile Pionierarbeit, indem sie in den Ausbau des H2-Ladestellen-Netzwerks investieren. Die „H2 Mobility“-Initiative (ein Joint Venture von Daimler, den Gaseherstellern Linde und Air Liquide sowie den Mineralölkonzernen Total, Shell und OMV mit BMW, Honda, Hyundai Toyota und Volkswagen als assoziierten Partnern) will bis 2018/2019 die Zahl auf 100, bis 2023 auf 400 H2-Tankstellen in Deutschland erweitern – und das in der ersten Projektphase, unabhängig von der Anzahl verkaufter Fahrzeuge. Es scheint, dass damit in der Auto- und Ölindustrie ein Umdenken eingesetzt hat.

Voneinander lernen

Ziel in Deutschland ist, bereits kurzfristig ein flächendeckendes Angebot von H2-Ladestationen mit einem möglichst hohen Anteil des Wasserstoffs aus erneuerbaren Energien zu errichten. Im Gegensatz dazu plant Japan, erst ab 2030 grüne Energiequellen regulär zur H2-Produktion einzusetzen. Der Wasserstoff wird bis dahin fast ausschließlich aus fossilen Energiequellen im Inland erzeugt oder aber aus dem Ausland (zum Beispiel aus Australien) importiert – für die CO2-Bilanz erscheint beides nicht sehr sinnvoll. Japan ist daher vor allem in Hinblick auf den „Power-to-Gas“-Ansatz an einem Austausch mit Deutschland interessiert. Aufgrund der Besonderheiten des japanischen Strom- und auch des Erdgasnetzes bestehen für deutsche Unternehmen außerdem Chancen in der Vermarktung innovativer Technologien zur dezentralen Erzeugung des Wasserstoffs in Japan. Gemeinsam kann außerdem an Lösungen für eine kostengünstigere Wasserstoffproduktion geforscht werden.

Um Wasserstoff zu einem Durchbruch zu verhelfen, haben sich im „Hydrogen Council“ Anfang des Jahres Unternehmen zu einer Allianz zusammengeschlossen, darunter deutsche und japanische Weltkonzerne wie Audi, BMW, Daimler, Honda, Iwatani, Kawasaki, Mitsui, Linde, Toyota und Toyota Tsusho. Zusammen wollen sie jährlich etwa 1,4 Mrd. Euro in den Ausbau der Technologie investieren und wünschen sich Unterstützung und klare Signale von den Regierungen.

Trend E-Mobility

Der Bund setzt bislang allerdings auf ein anderes Pferd. Er propagiert Elektromobilität als Antriebskonzept der Zukunft. Japan ist sowieso schon seit Langem Vorreiter beim Bau von Elektroautos. Auch Deutschland investiert ungezählte Milliarden Euro in Aggregate, Umspannwerke und Leitungssysteme – und das, obwohl bekannt ist, dass der E-Mobility in ihrer bisherigen Form merkliche Grenzen gesetzt sind: Die Speicher sind schwer und bislang schlecht zu entsorgen, die benötigten Rohstoffe knapp, Anschaffungspreise hoch, Ladezeiten lang und Reichweiten begrenzt. Im Übrigen ist der ökologische Fußabdruck der Elektroautos nur dann vorteilhaft, wenn der genutzte Strom nachhaltig gewonnen wurde. Infolge des Dieselskandals wurde der Mobilitätsfonds zur Umstellung auf Elektrofahrzeuge allerdings jüngst noch einmal massiv aufgestockt. Die Brennstoffzelle fristet derweil trotz der genannten Vorteile ein Nischendasein. Neben der fehlenden Infrastruktur stellen vor allem die Produktionskosten eine enorme Herausforderung dar: Nur wenn die in Überschussperioden anfallende elektrische Energie zur H2-Produktion verwendet wird und man nur noch mit Teilkosten rechnet, kommt es zu günstigen Zahlen.

Welcher der Wege ist der technisch und ökonomisch richtige? Die Realisierung einer Wasserstoffwirtschaft käme einem Paradigmenwechsel gleich und wäre eine Herausforderung von größter Breitenwirkung mit weitreichenden Konsequenzen für die Arbeitsplätze und Investitionen ganzer Schlüsselindustrien. Eine grenzüberschreitende Zusammenarbeit, internationale Vereinbarungen und eine enge Abstimmung zwischen Politik und Industrien beider Länder werden daher notwendig sein, um die Akzeptanz und damit einen Markt für die klimafreundliche Technologie zu schaffen.

Downloads

• Asia Bridge 11/2017 (p. 24 - 25)