Wasserstoff wäre ein Rückschritt

Von Anthony Patt

Das Ziel der Forschung von Professor Patt ist es, erfolgreiche politische Ansätze zur Beseitigung gesellschaftlich bedingter Treibhausgasemissionen innerhalb kurzer Zeit zu identifizieren und diese Ansätze an die bereits eingetretenen Klimaveränderungen anzupassen. Die Arbeit von Professor Patts Gruppe umfasst die empirische Bewertung der Überzeugungen, Einstellungen und Entscheidungen der Menschen sowie die Modellierung der Interaktionen von Menschen, Institutionen und technologischen Systemen. Professor Patt und die Mitglieder seiner Gruppe haben ihre Ergebnisse in über 100 Artikeln in Fachzeitschriften veröffentlicht, darunter Science, Nature und Proceedings of the National Academy of Sciences.

Dieser Meinungsbeitrag erschien zuerst im ETH-Zukunftsblog.

Wasserstoff als Hauptenergieträger würde die Energiewende verzögern, sagt Anthony Patt. Wir sollten fossile Energie wo immer möglich direkt durch erneuerbaren Strom ersetzen.

Wasserstoff für Transport und Wärme ist der falsche Weg

Pläne, Wasserstoff zu einem zentralen Energieträger für eine klimafreundliche Zukunft zu machen, erachtet Anthony Patt als falsch. Wir sollten fossile Energie wo immer möglich direkt durch erneuerbaren Strom ersetzen, vor allem im Verkehr und beim Heizen.

Um die Erderwärmung einzudämmen muss die Welt bis Mitte Jahrhundert aus der fossilen Energie aussteigen. Wir bewegen uns nun in die richtige Richtung. Nahezu alle neuen Investitionen im Energiesektor fliessen in erneuerbare Energiequellen. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) werden immer beliebter. Und die meisten neuen Gebäude heizen nicht fossil. Klar gibt es Hürden. Das alles muss schneller gehen, und es braucht eine konsequentere Klimapolitik. Was den Wandel aus meiner Sicht jedoch am stärksten gefährdet, kommt heute als Teil der Lösung «getarnt» daher: Wasserstoff.

Der falsche Hoffnungsträger

Wasserstoff ist wie Elektrizität ein Energieträger, keine Energiequelle. Man kann ihn auf drei Arten herstellen. Grauer Wasserstoff, der derzeit fast den gesamten Verbrauch ausmacht, wird aus Methan gewonnen, was erhebliche CO2– und unkontrollierte Methanemissionen verursacht. Blauer Wasserstoff ist wie grauer Wasserstoff, bei dem CO2 abgeschieden und gespeichert wird – doch aufgrund der Methanverluste (bzw. Methanschlupf) und der Prozessineffizienz emittiert blauer Wasserstoff immer noch mehr Treibhausgase als das Erdöl oder Erdgas, welches er ersetzen soll.

Grüner Wasserstoff wird aus Wasser mittels Elektrolyse und erneuerbarem Strom produziert. Er verursacht keine direkten Emissionen und ist die einzige klimafreundliche Option. Das Problem mit grünem Wasserstoff ist jedoch, dass es in den meisten Fällen effizienter, kostengünstiger und ressourcenschonender ist, die erneuerbare Energie direkt zu nutzen. Für das Gesamtsystem sind diese Aspekte entscheidend.

Wettbewerbsfähig und vernünftig

Nehmen wir den Landverkehr. Heutige BEV sind bezüglich Kosten im Vergleich mit Benzin- und Dieselfahrzeugen wettbewerbsfähig und gewinnen schnell Marktanteile. Ihre Reichweite genügt für 99 Prozent aller Fahrten, und für die restlichen 1 Prozent bieten Schnellladegeräte entlang den Autobahnen zusätzliche Reichweiten von über 400 km in weniger als 30 Minuten – was etwa den Pausen entspricht, die Autolenker ohnehin benötigen. Neue Studien zeigen, dass batterieelektrische Lastwagen nun auch auf langen Strecken wirtschaftlich werden und gleich gut funktionieren. Es gibt Bedenken wegen der umweltbelastenden Batterieproduktion; hier können und werden Konzepte der Kreislaufwirtschaft Abhilfe schaffen.

Die Grundinfrastruktur für das Aufladen von BEV – das Stromnetz – ist bereits vorhanden. Mit steigender Zahl an BEV auf den Strassen können wir gleichzeitig die erneuerbare Stromproduktion und das Netz an Ladestationen sukzessive ausbauen.

Ähnlich verhält es sich mit Wärmepumpen. Sie sind die effizienteste Art, mit erneuerbarer Energie zu heizen und sind in den Kosten konkurrenzfähig. Auch hier kann die Infrastruktur schrittweise mit dem steigenden Marktanteil der Wärmepumpen wachsen.

Ineffizient, teuer und langsam

Zum Wasserstoff. Ein Vorteil von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV) besteht darin, dass man sie schneller auftanken kann als BEV laden. Das fällt jedoch je länger je weniger ins Gewicht, weil Ladegeschwindigkeit und Reichweite von BEV kontinuierlich steigen. Ein wesentlicher Nachteil von FCEV ist, dass ihr Gesamtwirkungsgrad – von Strom zu grünem Wasserstoff, zurück zu Strom und aufs Rad – nur die Hälfte bis ein Drittel desjenigen von BEV beträgt. Der höhere Energieverbrauch macht FCEV deutlich teurer als BEV, Benzin oder Diesel. Ausserdem braucht es eine neue Infrastruktur, um Wasserstoff zu verteilen und zu tanken. Diese müsste im Gegensatz zu BEV zuerst errichtet werden, bevor FCEV für den Massenmarkt geeignet wären.

«Trotz dieser Probleme gibt es viel politischen Enthusiasmus für Wasserstoff.»

Beim Heizen zeigt sich ein ähnliches Bild: Hier kommen zwar «wasserstofftaugliche» Heizkessel (Boiler) auf den Markt, die ein Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff verbrennen können. Reine Wasserstoffkessel, wie wir sie letztlich bräuchten, existieren noch nicht. Boiler bieten gegenüber Wärmepumpen kurzfristig den Vorteil, dass manche Gebäude weniger stark saniert werden müssen. Aber wie beim Verkehr gibt es gewichtige Nachteile. Heizen mit grünem Wasserstoff benötigt etwa sechsmal mehr erneuerbaren Strom als mit einer Wärmepumpe. Die Kosten fallen höher aus, da mehr Energie verbraucht wird. Zudem wäre parallel ein neues Verteilsystem für Wasserstoff erforderlich, um reine Wasserstoffkessel einzusetzen [1] – und die bräuchten wir spätestens bis 2050.

Bei der Abkehr von fossilen Brennstoffen sehe ich den grössten Engpass darin, die erneuerbare Elektrizität schnell genug auszubauen. In der Schweiz wird aktuell zwar mehr Photovoltaik-Kapazität installiert als je zuvor – doch wir müssen diese Installationsraten noch vervierfachen, wollen wir bis 2050 den Landverkehr vollständig und das Heizen teilweise elektrifizieren. Setzt sich grüner Wasserstoff durch, muss der ohnehin schon ambitionierte Ausbau deutlich schneller erfolgen.

Der Hype um Wasserstoff

Trotz dieser Probleme gibt es viel politischen Enthusiasmus für Wasserstoff. Um es klar zu sagen: Natürlich gibt es Anwendungen, wo Wasserstoff die Dekarbonisierung unterstützen kann, etwa als saisonaler Energiespeicher, bei der Stahlproduktion oder als Zwischenschritt bei der Synthese nachhaltiger Flugzeugtreibstoffe (siehe ETH-News). Die derzeit diskutierten Pläne gehen jedoch weit darüber hinaus.

Energy Week @ ETH über “Klimaneutrale Schweiz 2050”

Die Rolle von Wasserstoff ist auch Thema an der Energy Week @ ETH 2021. Die viertägige Konferenz des Energy Science Center (ESC) dreht sich um die Kernfrage «Klimaneutrale Schweiz 2050: Welches Energiesystem brauchen wir?». Der öffentliche Event findet ab dem 30. November 2021 im Hybrid-Format statt.

Weitere Informationen und Anmeldung

Zum Beispiel die Wasserstoffstrategie der EU: Sie will Wasserstoff zu einem zentralen Energieträger für Landverkehr und Wärme machen und sieht Milliarden an öffentlichen Mitteln für Forschung, Planung und den Bau der Infrastruktur vor. Die Schweizer Regierung hat keine derartigen Pläne fürs Heizen, aber einzelne Kantone haben signalisiert, dass sie den Ausbau der Infrastruktur für BEV und FCEV als gleichrangig betrachten. Aus wissenschaftlicher Sicht ergibt das keinen Sinn.

Was steckt dahinter?

Die beste Antwort, die ich finden kann: Das Wohlwollen gegenüber Wasserstoff scheint auf politische Einflussnahme zurückzuführen zu sein. Laut einem Bericht von Corporate Europe Observatory, einer Organisation, die den Einfluss von Firmen auf die EU-Politik untersucht, investiert die europäische Wasserstofflobby jährlich über 50 Millionen Euro in die Interessenarbeit. Gemessen an der Anzahl Treffen mit hochrangigen Mitgliedern der EU-Kommission übertrifft die Wasserstofflobby Umweltorganisationen fast um das Fünffache. Die Mittel kommen in erster Linie von fossilen Energiefirmen.

«Wasserstoff ist die letzte Überlebenschance für die Öl- und Gasindustrie – entsprechend spielen diese das politische Spiel. Sollten sie gewinnen, werden Umwelt und Gesellschaft verlieren.»

Für die Branche macht das Sinn, denn mit der Energiewende drohen Gas und Erdöl obsolet zu werden. Die Kernkompetenz der fossilen Energiewirtschaft liegt in der Verarbeitung, Lagerung und Lieferung von Kraftstoffen über Pipelines und Verkaufsstellen an die Kunden. Eine Priorisierung von Wasserstoff würde die Energiewende verlangsamen und die Lebensdauer der fossilen Assets verlängern. Steigt die Nachfrage nach Wasserstoff schneller als die Produktion von grünem Wasserstoff decken kann, würde grauer oder blauer Wasserstoff aus Erdgas verwendet.

Forschende schlagen Alarm

Ich bin nicht der Einzige, der besorgt ist. Einer der führenden Analysten für den Energiesektor und Cleantech, MichaelLiebreich, vermutete bereits, dass die Ölindustrie Lobbyarbeit für Wasserstoff betreibt, «um die Elektrifizierung zu verzögern». Britische Forschende wandten sich unlängst in einem offenen Brief an ihre Regierung und äusserten tiefes Bedenken wegen ähnlicher Pläne mit Wasserstoff.

Nochmal: In bestimmten Bereichen kann grüner Wasserstoff sehr wohl zur Energiewende beitragen. Aber für Landverkehr und Wärme, die zusammen den Löwenanteil des fossilen Energieverbrauchs ausmachen, ist Wasserstoff eine denkbar schlechte Idee. Es ist die letzte Überlebenschance für die Öl- und Gasindustrie, und entsprechend spielen diese das politische Spiel.

Sollten sie gewinnen, wird sich der Übergang zu sauberer Energie verzögern. Wir werden mehr Treibhausgase ausstossen. Mehr Land und Ressourcen verbrauchen. Und es wird mehr kosten. Die Umwelt und die Gesellschaft würden verlieren.

Titelbild von magann/AdobeStock

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Zitiervorschlag: Von Patt, Anthony. “Wasserstoff wäre ein Rückschritt”, Energy Blog @ ETH Zurich, ETH Zurich, November 25, 2021, https://blogs.ethz.ch/energy/h2-oder/

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2 comments

  • Max Blatter

    Sehe ich ein bisschen anders! Natürlich wurde Wasserstoff in der Vergangenheit oft als Wunder-Energieressource dargestellt statt als neutraler Energieträger – das ist aber besser geworden. Auch teile ich die Meinung, dass für die Verteilung “erneuerbar” produzierter Energie das Elektrizitätsnetz erste Wahl ist (was ich auch in meinem Fachbuch “Elektrizität als Trägerin erneuerbarer Energien” darlegen werde, das 2022 erscheinen soll).

    Aber: Wie bei den erneuerbaren Energieressourcen sehe ich auch bei den Energieträgern die nachhaltige Zukunft in einem umfassenden Mix. Ganz nach dem alten, aber zeitlosen und deshalb noch immer zeitgemäßen Öko-Slogan: “Vielfalt statt Einfalt”! Zu dieser Vielfalt gehört AUCH der Wasserstoff. Natürlich NUR soweit er mit erneuerbarer Energie (z.B. Strom aus PV- oder Windkraft-Anlagen) produziert wird, also “grün” ist.

  • Thomas Schumann

    Besten Dank, Anthony, für diesen Beitrag. Regt zum Denken und Überdenken eigener Positionen an.
    Was ich im Artikel vermisse, ist die Rolle von Wasserstoff als saisonaler Energiespeicher. Da findet das Prinzip “fossile Energie wo immer möglich direkt durch erneuerbaren Strom ersetzen” seine Grenzen. Und Wasserstoff sein grösstes Einsatzpotential. Die Alternative wäre, ein durchgehendes Stromnetz mit der südlichen Hemisphäre zu schaffen. Aus politischen Gründen wohl aussichtslos. Für den Zweck der saisonalen Energiespeicherung ebenfalls denkbar wäre die Herstellung von Methan, Methanol oder anderer Kohlenwasserstoffe mittels Sonnenenergie. Das Lagerungsproblem wäre dann einfach zu lösen. Aber der Zyklus Sonnenenergie-Kohlenwasserstoff-Elektrizität ist mit noch grösseren Umwandlungsverlusten behaftet als der Zyklus Sonnenenergie-H2-Elektrizität.

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