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    Ist Wasserstoff ein erschwinglicher Kraftstoff der Zukunft?

    Es besteht eine weltweite Notwendigkeit, unsere Straßen und jede Industrie bis 2050 zu dekarbonisieren, indem wir aus den fossilen Brennstoffen aussteigen. Aber was ist der wahrscheinliche Ersatz für den Schwerlastverkehr? Aktuelle mit Benzin oder Diesel betriebene Verbrennungsmotoren, werden bis 2035, die durch die europäischen Vorschriften vorgegeben sind und wie in unserem Whitepaper beschrieben, auslaufen und durch elektrisch oder mit Wasserstoff betriebene Motoren ersetzt. Elektroautos sind bereits auf dem Vormarsch. Wasserstoff könnte jedoch eine bessere Alternative für den industriellen Fernverkehr und insbesondere für den Güterverkehr sein.

    Es gibt zwei technologische Optionen: die Anpassung der Konstruktion von Verbrennungsmotoren für die Verwendung von Wasserstoff oder die Verwendung von Wasserstoff-Brennstoffzellen für den Antrieb von Elektromotoren.

     

    Brennstoffzellen geben nur Sauerstoff und Wasser ab. Viele glauben, dass die emissionsfreien Brennstoffzellen letztendlich der Motor der Wahl sein werden, weil die Wasserstoffverbrennungsmotoren Stickoxid (NOx) freisetzen, ein ebenso starkes Treibhausgas wie CO2. Die NOx-Emissionen können jedoch auf ähnliche Weise behandelt werden wie die heute bei Benzinfahrzeugen verwendeten Abgaskatalysatoren oder durch den Einsatz von Kohlenstoffabscheidungstechnologie bei der Herstellung von Wasserstoff aus Quellen wie Methan begrenzt werden.

     

    Beide Wasserstoff-Technologien haben zwei wesentliche Vorteile gegenüber dem Aufladen von Elektrofahrzeugen – insbesondere von schweren Nutzfahrzeugen wie Lkw: die Zeit, die zum Tanken benötigt wird, und die Belastung der nationalen Stromnetze. Das Betanken von Wasserstoff nimmt heute genauso wenig Zeit in Anspruch wie das Tanken von Benzin oder Diesel. Dadurch gehen den Spediteuren keine Zeit und keine Einnahmen verloren, wie wenn sie mit Strom nachladen müssen.  Die Betankung mit Wasserstoff vermeidet auch eine Belastung der nationalen Stromnetze, was ein zunehmendes Risiko darstellt, da immer mehr Unternehmen von Diesel auf Strom umsteigen.

     

    Der mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotor wurde vor über 200 Jahren entwickelt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren diese Autos beliebter als Benzinautos, weil sie leiser, einfacher zu fahren und weniger umweltschädlich waren. Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite und des Überflusses an billigem Rohöl fielen sie in Ungnade. Jetzt sind die fossilen Brennstoffe selbst in Ungnade gefallen, und wir sehen uns erneut Wasserstoff als Alternative an.

     

    2020 betrug die geschätzte Anzahl der Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge in Europa 2.533 (Fuel Cells and Hydrogen Observatory, 2020).  Power Systems Research (2021) prognostiziert, dass bis 2027 rund 0,3 % der neuen schweren Nutzfahrzeuge mit Wasserstoff betrieben werden. Zehn europäische Städte haben inzwischen wasserstoffbetriebene Busse. Aber der Fortschritt bei wasserstoffbetriebenen Nutz- und Industriefahrzeugen ist langsamer als der Umstieg der Verbraucher auf Elektroautos.

     

    Das Problem sind die Kosten für die Herstellung von erneuerbarem (grünem) Wasserstoff. Die Produktion selbst ist aufgrund des hohen Energiebedarfs ein kostspieliger Prozess, und die Preise für fossile Brennstoffe sind viel günstiger als die Preise für erneuerbare Energien.

     

    Unternehmen suchen nach Möglichkeiten, die Kosten der Wasserstoffproduktion zu senken, einschließlich Partnerschaften und neuer Materialien. Neue Methoden für die Hydrolyse – die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse – werden ebenso erforscht wie effizientere Produktionsverfahren.

     

    Ist umweltfreundlicher Wasserstoff erschwinglich?

    Laut dem Global Hydrogen Review 2021 der IEA liegen die Kosten für Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen – Sonne, Wind und Wasser – zwischen 3 und 8 Euro pro Kilogramm, verglichen mit 0,4 Euro

    bis 1,7 Euro pro Kilogramm bei der Verwendung fossiler Brennstoffe.  Doch dann, im Oktober 2021, wurde berichtet, dass eine Kombination aus teurem Erdgas und einem rekordverdächtigen EU-Kohlenstoffpreis von 60 Euro pro Tonne CO2 bedeutet, dass erneuerbarer Wasserstoff in Europa zu einem wettbewerbsfähigen Preis angeboten werden könnte. Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen würde nur 4,18 Euro pro Kilogramm kosten, gegenüber 6,57 bis 6,22 Euro pro Kilogramm, also bis zu einem Drittel weniger als Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen. (RECHARGE 2021). 

     

    Derzeit würden im Vereinigten Königreich (basierend auf den aktuellen Tankstellenpreisen für ein Auto)100 km Fahrt mit Wasserstoff 14,22 Euro, Benzin 8,43 Euro und Diesel 6,89 Euro kosten. Obwohl die Preise in Europa variieren, erfordert die Herstellung eines umweltfreundlichen Wasserstoffkraftstoffs, der die Dekarbonisierung unserer Straßen unterstützt, immer noch eine drastische Senkung der Wasserstoffproduktionspreise, um wettbewerbsfähig zu sein. 

     

    Kostengünstiger anbieten

    Wissenschaftler der MIT Energy Initiative sagen, dass die sinkenden Kosten für Wind- und Solarenergie aufgrund von Skaleneffekten die Kosten für die Produktion von grünem Wasserstoff senken. Der Energieverbrauch während der Produktion ist der größte Teil der variablen Kosten aller Kapital- und Betriebskosten der betrieblichen Elektrolyseure.

     

    Bei der Wasserstoffproduktion werden die Elektroden, die diesen Strom erzeugen, mit Metall beschichtet, das in einem geschmolzenen oder flüssigen Zustand gehalten werden muss. Da Metalle einen sehr hohen Schmelzpunkt haben, erfordert dies erhebliche Mengen an Energie, was den Prozess teuer und nicht wettbewerbsfähig gegenüber Benzin und Diesel als Kraftstoff für Fahrzeuge macht. Um dieses Problem zu lösen, ersetzen die Wasserstoffhersteller die Metallelektroden durch Elektrolysatoren mit Protonenaustauschmembranen, die weit weniger Energie benötigen.

     

    Konstruktive Verbesserungen von Elektrolyseuren erhöhen die Effizienz des Materialeinsatzes und der Elektrolyseure selbst. Skaleneffekte, Automatisierung und kontinuierliche Herstellungsprozesse tragen ebenfalls zur Kostensenkung bei. 

     

    Nel ASA, ein norwegischer Elektrolyseur-Hersteller, gab im Januar 2021 sein Ziel von 1,50 US-Dollar pro Kilogramm bis 2025 bekannt – mehr als die Hälfte der aktuellen Preisschätzungen der IEA (International Energy Authority) von 3 bis 8 Euro pro Kilogramm.  Der malaysische Öl- und Gashersteller Petronas kündigte außerdem an, Wasserstoff mit Wasserkraft und Solarenergie für 1 bis 2 Euro pro Kilogramm zu produzieren.

     

    Neue Technologien werden es ermöglichen, dass grüner Wasserstoff preislich konstant günstiger ist als die Produktion von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen und nicht so stark von schwankenden Marktbedingungen abhängt.

     

    Was kann die Branche tun, um kostengünstigen Wasserstoff zu fördern?

    Aber wenn das Kostenproblem gelöst ist, ist das nächste Problem die Distribution. Derzeit gibt es keine angemessene Infrastruktur für die Betankung mit Wasserstoff. Im Vereinigten Königreich, einem der geographisch kleineren europäischen Länder, hat sich die Infrastruktur seit einem Jahrzehnt entwickelt. Dennoch gibt es nur 15 Wasserstofftankstellen. Die größte davon ist Metroline in Perivale mit einer täglichen Kapazität von 1.500 Kilogramm Wasserstoff. Die zweitgrößte Tankstelle befindet sich im Tyseley Energy Park in Birmingham mit 1.200 Kilogramm Wasserstoff pro Tag. Weitere sind in der Entwicklung.

     

    Der Aufbau einer Infrastruktur für die Versorgung mit Wasserstoff sollte viel einfacher sein als der Aufbau einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge. Wasserstoff muss weder an ein bestehendes Netz angeschlossen werden, noch muss der Wasserstofffluss wie der Stromfluss durch nationale Stromnetze überwacht und gesteuert werden. Das derzeitige Netz von 92.000Tankstellen und Dieselstationen in ganz Europa könnte für Wasserstoff umfunktioniert werden, obwohl die Umrüstung voraussichtlich 32 Mio. Euro Die Kosten für eine Ladestation sind etwas höher als für eine neue EV-Ladestation, wie in unserer jüngsten Studie dargelegt. Dies würde erhebliche staatliche Mittel erfordern. Viele dieser Standorte gehören großen petrochemischen Unternehmen, die in den Markt für Wasserstoffkraftstoffe einsteigen wollen. Das Risiko besteht jedoch darin, dass diese Unternehmen ebenso wahrscheinlich die herkömmliche Wasserstoffproduktion aus fossilen Brennstoffen in Kombination mit Technologien zur Kohlenstoffabscheidung einsetzen werden. Dieser Wasserstoff ist sauberer als der derzeit produzierte, aber nicht so sauber wie der aus erneuerbaren Energien erzeugte Wasserstoff. 

     

    Das ICCT (International Council on Clean Transportation) schlägt vor, dass Wasserstoff auf ähnliche Weise wie Benzin und Diesel bereitgestellt werden kann.  Er kann von einer großen Produktionsstätte zu Wasserstofftankstellen transportiert oder vor Ort durch Elektrolyse „an der Zapfsäule“ hergestellt werden. Durch die Vor-Ort-Elektrolyse von erneuerbaren Energien entfallen die Transportkosten für Wasserstoff, und diese Einsparungen können an die Kunden weitergegeben werden.  Im April kündigte First Hydrogen an, an vier neuen Industriestandorten im Vereinigten Königreich eine Vor-Ort-Wasserstoffproduktion zur Betankung von leichten, mittleren und schweren Nutzfahrzeugen aufzubauen.

     

    Logistikstandorte im ganzen Land können das Modell der Hydrolyse an der Zapfsäule ebenfalls nutzen. Diese unabhängigen Wasserstofftankstellen wären für die Hunderte von schweren Nutzfahrzeugen, die täglich unsere Häfen und Flughäfen anfahren oder verlassen, äußerst praktisch. Sie können außerdem umweltfreundlichen Wasserstoff garantieren, wenn sie vor Ort mit Solar- oder Windenergie betrieben werden oder bei der Produktion ausschließlich erneuerbare Energiequellen verwenden. Das wäre ein attraktives Angebot für frühe Anwender der Technologie und würde den Häfen Einnahmen verschaffen.

     

    Derzeit ist Wasserstoff weder erschwinglich noch als Alternative zum dieselbetriebenen Güterverkehr geeignet. Aber das wird sich ändern. Dank neuer Technologien zur Herstellung von Wasserstoff, sinkender Preise für erneuerbare Energiequellen und des weltweiten politischen Willens werden die Preise für Wasserstoff wettbewerbsfähiger als die für fossile Brennstoffe. Die Installation einer Vor-Ort-Wasserstoffproduktion an den Zapfsäulen in Häfen, Lagerhäusern und anderen Frachtstandorten würde den Mangel an Betankungsinfrastruktur lindern. So könnte die Logistikbranche dazu beitragen, den Übergang zu einem saubereren Verkehr und die Dekarbonisierung unserer Straßen bis 2050 voranzutreiben.

     

    In unserem Whitepaper zum Thema On-Highway erörtern wir all diese Themen und gehen der Frage nach, wie alternative Antriebe die Branche verändern werden. Informieren Sie sich über die Debatte und laden Sie Ihr Exemplar noch heute herunter, indem Sie auf den unten stehenden Link klicken.

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