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Windrad mit Power-to-Gas-Anlage und einer Wasserstoff-Einspeiseanlage im Vordergrund

Herkunft klimafreundlicher Gase

Wie und wo werden klimafreundliche Gase erzeugt? Das sind die Fragen, mit dem sich das erste Teilprojekt von Roadmap Gas 2050 befasst.

H2-Einspeiseanlage in Prenzlau; © ONTRAS

Gasversorgung

Bedarf und Bereitstellung klimafreundlicher Gase

Entscheidend für das Energiesystems der Zukunft ist die gesicherte Versorgung mit klimaneutralen Energieträgern. Bisherige Forschungen haben gezeigt, dass auch klimafreundliche Gase dazu beitragen können. Dieses Teilprojekt zeigt, dass große Erzeugungspotenziale bestehen, sowohl in Deutschland als auch in anderen Ländern Europas. Diese wurden bereits analysiert und länderspezifisch quantifiziert. Auch Gebiete außerhalb von Europa, wie zum Beispiel die MENA-Region, werden analysiert.

In einem Technologiescreenings wurden verschiedene Wege der Wasserstofferzeugung analysiert und bewertet. Sowohl konventionelle Verfahren – wie die Dampfreformierung von Erdgas oder die Wasserelektrolyse – als auch neuartige Konzepte spielen hierbei eine Rolle. Parameter wie der Technologiereifegrad, Wirkungsgrade, Anlagengrößen und Gestehungskosten fließen in die Betrachtung ein. Ein neuartiges Konzept, das im Projekt betrachtet wird, ist zum Beispiel die Pyrolyse von Erdgas.

Entscheidend für das Energiesystems der Zukunft ist die gesicherte Versorgung mit klimaneutralen Energieträgern. Bisherige Forschungen haben gezeigt, dass auch klimafreundliche Gase dazu beitragen können. Dieses Teilprojekt zeigt, dass große Erzeugungspotenziale bestehen, sowohl in Deutschland als auch in anderen Ländern Europas. Diese wurden bereits analysiert und länderspezifisch quantifiziert. Auch Gebiete außerhalb von Europa, wie zum Beispiel die MENA-Region, werden analysiert.

In einem Technologiescreenings wurden verschiedene Wege der Wasserstofferzeugung analysiert und bewertet. Sowohl konventionelle Verfahren – wie die Dampfreformierung von Erdgas oder die Wasserelektrolyse – als auch neuartige Konzepte spielen hierbei eine Rolle. Parameter wie der Technologiereifegrad, Wirkungsgrade, Anlagengrößen und Gestehungskosten fließen in die Betrachtung ein. Ein neuartiges Konzept, das im Projekt betrachtet wird, ist zum Beispiel die Pyrolyse von Erdgas.

Potenziale für klimaneutrale Gase

Das erste Teilprojekt von Roadmap Gas 2050 geht technologischen, ökonomischen und ökologischen Fragestellungen zur Herkunft von klimafreundlichen Gasen auf den Grund. Im Rahmen einer europaweiten Analyse wurden bereits die Produktions- und Importpotenziale regenerativer Gase länderspezifisch zusammengestellt. Die Daten berücksichtigen sowohl fermentativ erzeugte und synthetische Biogase als auch Wasserstoff und synthetisches Methan (SNG) aus Power-to-Gas-Prozessen. Anhand der Ergebnisse werden Verfahrens- und Logistikketten für die nationale und internationale Produktion aufgestellt, die in die Energiesystemmodellierungen im vierten Teilprojekt einfließen. Da gerade bei der erneuerbaren Erzeugung von Wasserstoff zukünftig auch Gebiete außerhalb von Europa eine Rolle spielen werden, wird beispielhaft die potenzielle Errichtung von PV- und kombinierten Power-to-Gas-Anlagen in Nordafrika und der anschließende Transport von Wasserstoff nach Deutschland analysiert.

Ergebnisse zur Bereitstellung von klimafreundlichen Gasen

Kosten der Wasserstoffbereitstellung
Säulendiagram mit Erzeugungskosten von grünem Wasserstoff zeigen dass bis 2050 der Presi pro Kilogramm H2 auf circa 2,5 Euro sinken kann
Kostenentwicklung von grünem Wasserstoff © DVGW

Die Produktionskosten für klimafreundlichen und emissionsarmen Wasserstoff unterscheiden sich heute noch deutlich in Abhängigkeit des Verfahrens. So ist die "grüne" Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energien zum jetzigen Zeitpunkt noch weit kostenintensiver als die Erzeugung durch Dampfreformierung von Erdgas in Kombination mit der Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff oder die Methanpyrolyse. 

Speziell bei grünem Wasserstoff bestehen drei erhebliche Kostensenkungspotenziale: Erstens werden die Investitionskosten für Elektrolyseure in den kommenden Jahren durch Skaleneffekte sinken. Zweitens ist mit einer deutlichen Reduzierung der Erzeugungskosten von erneuerbarem Strom zu rechnen, wie Ergebnisse aus Roadmap Gas 2050 zeigen. Drittens kann für den Wasserstofftransport aus internationalen Regionen nach Deutschland die vorhandene Erdgas-Infrastruktur genutzt werden, anstatt neue Transportnetze zu bauen. Alles in allem könnten sich die Bereitstellungskosten für grünen Wasserstoff bis zum Jahr 2050 mindestens halbieren.

Verfahren der Wasserstofferzeugung
Überblick über Verfahren zur Wasserstoffherstellung, von der Dampfreformierung aus Erdgas und CCS bis hin zu Power-to-Gas mit erneuerbarem Strom
Verfahren zur klimafreundlichen Herstellung von Wasserstoff - ein Überblick © DVGW

Verschiedene Produktionsverfahren auf Basis unterschiedlicher Ausgangsstoffe tragen dazu bei, dass weltweit genug Wasserstoffressourcen vorhanden sind, um die zukünftige globale Nachfrage sicherzustellen. Neben den konventionellen Verfahren, wie die Dampfreformierung von Erdgas oder über Power-to-Gas-Technologien, gibt es zahlreiche Möglichkeiten, Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen herzustellen. Im Rahmen von Roadmap Gas 2050 wurden vor diesem Hintergrund sowohl H2-Erzeugungsverfahren nach dem Stand der Technik als auch Alternativen technisch bewertet. Die Ergebnisse wurden in Form von Steckbriefen zusammengestellt.

Ein Blick in die Literatur zeigt: Ein Großteil der alternativen Erzeugungsoptionen weisen zwar einen niedrigen Technologiereifegrad auf. Die Wasserstofferzeugung aus Biomasse, die Wasserelektrolyse sowie die Erzeugung von „blauem“ Wasserstoff mit Dampfreformierung, CO2-Abtrennung und -Speicherung (CCS) sind aber bereits weit fortgeschritten. Aufgrund ihres hohen Technologiereifegrads wurden die Wasserelektrolyse sowie die Dampfreformierung mit CCS im Rahmen des Projektes im Detail betrachtet. Zusätzlich wurde die Methanpyrolyse techno-ökonomisch bewertet.