Mit Wasserstoff auf der Erfolgsschiene – skalierbare Versorgungssicherheit für alternative Antriebe

Dr. Martin Schneider ist in einer beneidenswerten Position: Er arbeitet aktiv an der Zukunft der Verkehrswirtschaft. In seiner Funktion als Business Development Manager bei Siemens Energy für Infrastrukturlösungen für den Sektor Mobility ist für ihn völlig klar: Ohne den Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft und innovativen Infrastrukturlösungen für die Betankung von Zügen mit Wasserstoff läuft in Zukunft nichts mehr. Sein Zeithorizont sind dabei die nächsten 30 Jahre – nicht lang, wenn man die Entwicklung der erneuerbaren Energien zum Vergleich nimmt: Die waren vor 30 Jahren auch noch ein „bedeutungsloses Nischenprodukt“.

Herr Schneider, ist Wasserstoff das „Öl der Zukunft“? 

Sagen wir es so: Was heute mit Benzin läuft, wird morgen mit einer Batterie betrieben, was heute einen Diesel braucht, wird morgen mit Wasserstoff bewegt. Das ist natürlich nur eine Faustformel, aber wir sehen klar, das alle Mobilitätsformen, die es mit großen Lasten und langen Strecken zu tun haben, in Zukunft emissionsfrei entweder elektrifiziert oder mit Wasserstoff laufen, also Lkws und Schiffe genauso, wie Flugzeuge und Schienenfahrzeuge. 

 

Was macht den Wasserstoff so wichtig für den Bahnsektor in Deutschland, gerade im Vergleich zu Elektrifizierung?

Da muss man vielleicht etwas weiter ausholen und die Perspektive umdrehen: Natürlich ist die Elektrifizierung des Streckennetzes ökologisch sinnvoll und wünschenswert. Sie ist aber leider nicht überall wirtschaftlich – weil die Strecken zu lang, die Passagierzahlen/die Auslastung zu gering ist – es gibt zahllose Gründe. Aber Fakt ist: Noch heute sind knapp 40 % des deutschen Schienennetzes nicht elektrifiziert. Und das wird sich auf absehbare Zeit nicht ändern lassen. Auch wenn heute viel dafür getan wird, die Kosten der Elektrifizierung zu senken: Ein Kilometer elektrifizierte Bahnstrecke kostet immer noch etwa 1 bis 2 Millionen Euro, und das rechnet sich für rund 30 % der Strecken einfach nicht. 

 

Diese Zahlen darf man von Deutschland getrost auf ganz Europa übertragen. Wenn wir auch auf diesen Strecken die bisherigen Dieselfahrzeuge ablösen und emissionsfrei fahren wollen, brauchen wir Batterie- bzw. Brennstoffzellenzüge wie den Mireo Plus B und den Mireo Plus H. Wobei die Batterielösung bei kürzeren Strecken punktet, während eine wasserstoffbasierte Lösung den Vorteil bietet, auch auf Strecken mit starker Steigung oder auf Langstrecken über genügend Leistungsreserven zu verfügen. 

Für den Wasserstoff stehen wir vor einer ähnlichen Aufgabe wie bei den erneuerbaren Energien vor 20 oder 30 Jahren. 
Dr. Martin Schneider, Business Development Manager für Infrastrukturlösungen für den Sektor Mobility bei Siemens Energy

Ist die Sektorkopplung ein entscheidender Grund für H2 als Treibstoff der Zukunft?

Das muss ich mit einem entschiedenen ja beantworten. Wasserstoff ist  ein hervorragender Energiespeicher – und den brauchen wir ganz dringend: Denn Strom muss immer dann erzeugt werden, wenn er verbraucht werden soll. Das macht die Sache mit der Energieversorgung ziemlich kompliziert, vor allem mit Blick auf internationale Verbundnetze und den volatilen Charakter der zunehmenden Erzeugung aus erneuerbaren Quellen. Je mehr erneuerbare Energien genutzt werden sollen, desto größer der Speicherbedarf, um Erzeugungsschwankungen stets ausgleichen zu können. Batterien sind da im großtechnischen Maßstab nicht einfach skalierbar. Und genau da kommt Wasserstoff ins Spiel – als hervorragend flexibles, emissionsfreies Energiespeichermedium, das sich speichern, verteilen und zeitversetzt wieder in Strom verwandeln lässt. Und das Beste: Ich kann ihn an Bord eines Zugs mit auf die Strecke nehmen.

 

Welche Infrastruktur braucht Wasserstoff für eine erfolgreiche Zukunft?

Wir rechnen mit einem stark ansteigenden Wasserstoffbedarf nicht nur im Verkehrssektor, sondern generell in der Industrie – und letztlich überall dort, wo Strom gespeichert werden muss. Hinzu kommt, dass wir mit dieser Infrastruktur einen Teil des Problems lösen, wie wir die wenig vorhersagbaren erneuerbaren Energien Wind und Sonne im europäischen Maßstab optimal als zuverlässige Energiequelle nutzen können. Dazu brauchen wir ein europäisches Wasserstoffpipelinesystem, vergleichbar dem Erdgasnetz. Dann würden wir die industriellen Zentren Europas mit den Standorten verbinden können, an denen großen Kapazitäten zur Erzeugung erneuerbarer Energien bestehen. Elektrolyseuren wie unserem SILYZER 300 fällt dabei eine Schlüsselrolle zu: Sie lassen sich zu großtechnischen Verbundanlagen kombinieren, mit denen diese zukünftige Infrastruktur versorgt wird – überall, wo ständig große Mengen an erneuerbarer Energie zur Verfügung stehen – oder als kleinere dezentrale Anlagen überall dort, wo der Wasserstoff gebraucht wird, etwa an Wasserstofftankstellen oder in der Industrie. 

Wie soll der Wasserstoff bis dahin verteilt werden?

Für den Wasserstofftransport gibt es zur Zeit im Wesentlichen zwei kommerzielle Technologien, nämlich die lokale Pipeline direkt zwischen Erzeuger und Verbraucher oder den Transport in Druck- (bis zu 1.000 kg H2) bzw. Kühlbehältern (bis zu 4.000 kg H2 bei minus 253 °C, sog. kryogener Wasserstoff). Außerdem wird aktuell daran gearbeitet, die bestehende Erdgasinfrastruktur auch für Wasserstoff nutzbar zu machen. Im Wesentlichen richten sich die Transportmodalitäten bislang nach dem individuellen Bedarf der Kunden, bei Mobilitätskunden nach dem Tagesbedarf. Liegt dieser unter 1.000 kg, reicht die Belieferung per Hochdruck-Lkw aus. Bei höherem Bedarf kann auf kryogenen Wasserstoff ausgewichen werden – oder man setzt auf die Produktion vor Ort durch Elektrolyse, was vor allem bei großen Zugtankstellen den Logistikaufwand erheblich erleichtert.

 

Welche Rolle spielt die Kosteneffizienz bei diesen Ansätzen?

Die Kosten sind – wie immer – ein zentraler Punkt: Natürlich hängt der Preis an vielen Faktoren, nicht zuletzt an der Nachfrage. Technologisch müssen wir aber alles tun, die Kosten so weit wie möglich zu reduzieren. Wenn wir die Einflussfaktoren mal im Detail anschauen, sind das bei der Vor-Ort-Elektrolyse vor allem der Strompreis und die Kombination aus Verfügbarkeit, Effizienz und Lebensdauer der Anlage. Am Strompreis können wir wenig ändern, aber die letzten drei Punkte haben wir technologisch in der Hand. Und um hier wirklich alles auszuloten, simulieren und optimieren wir den Betrieb der Anlage bei unterschiedlichsten Szenarien mit einem Digitalen Zwilling. Das geht soweit, dass wir den täglichen Strompreis, die Wasserstoffnachfrage und weitere individuelle Faktoren in unsere Simulationen einbeziehen, um für den Kunden optimale Anlagenfahrpläne zu finden.

Im größeren Maßstab gesehen hängt die Wirtschaftlichkeit von grünem Wasserstoff aber auch stark von den politischen Rahmenbedingungen ab: Wie sind z. B. die Finanzierungsbedingungen, wie wird grüner Wasserstoff im Vergleich zu blauem oder grauem Wasserstoff steuerlich behandelt? Wie kann der Markt für grünen Wasserstoff durch weitsichtige politische Entscheidungen wie eine CO2-Bepreisung, den Emissionshandel und verbindliche Emissionsreduktionsziele oder der Renewable Energy Directive recast (REDII) der EU begünstigt werden, um letztlich die erforderlichen Skaleneffekte zu realisieren? 

Was dürfen wir in punkto Elektrolyseentwicklung noch erwarten?

Wir dürfen eines nicht vergessen: In der Gesamtbetrachtung ist die Brennstoffzelle bzw. die PEM-Elektrolyse immer noch eine eher junge Technologie – mit entsprechendem Entwicklungspotenzial. Ganz konkret treiben wir gerade die Entwicklung neuer Varianten unserer größten Elektrolyseanlage, des SILYZER 300, voran. Die Optimierungspotenziale sind vielfältig, und neben einer einfacheren Nutzung von Skaleneffekten durch unsere Kunden nehmen wir auch die Energieeffizienz des Gesamtsystems in den Blick. Ein Stichwort ist hier der Ausgangsdruck der Anlage, denn der gewonnene Wasserstoff wird oftmals bei einem gewissen Druck vor Ort verbraucht, oder er muss transportiert werden. Und dazu wird er meist komprimiert, egal, ob er in Druckbehälter gefüllt oder in einer Pipeline transportiert wird. Dabei spart jedes Bar mehr Ausgangsdruck aus der Elektrolyse letztlich Energie beim Verdichten und verbessert die Wirtschaftlichkeit. Neben dem Druck gibt es zahlreiche weitere Ansatzpunkte, mit denen wir die Produktivität, Effizienz und Nachhaltigkeit unserer Technologie weiter optimieren wollen.

In welchem Ausmaß wird Wasserstoff als Treibstoff zukünftig im Bahnbereich eingesetzt werden?

Ich glaube, man muss die Frage anders stellen: Es geht nicht so sehr darum, wie viel Wasserstoff in Zukunft als Treibstoff eingesetzt wird, sondern eher darum, wie schnell dies der Fall sein wird. Die Energiewende ist dafür ein gutes Beispiel: Mit politischen Weichenstellungen und dem bewussten Bekenntnis zur Dekarbonisierung der Energiewirtschaft ist es uns gelungen, die anfangs viel zu teuren Spezialtechnologien Windstrom und Photovoltaik so zu unterstützen, dass der weltweite Durchbruch dieser erneuerbaren Energieerzeugung gelang. So konnte über gesetzliche Förderung wie das EEG in Deutschland und Skaleneffekte bei den Herstellern zunächst die Netzparität erreicht werden und heute erzeugen diese Technologien den Strom kosteneffizienter als konventionelle Kraftwerke. Für den Wasserstoff stehen wir vor einer ähnlichen Aufgabe wie bei den erneuerbaren Energien vor 20 oder 30 Jahren.

Was heißt das konkret?

Ganz konkret reden wir heute über die wirtschaftliche Produktion von grünem Wasserstoff, also eine dekarbonisierte Wasserstoffgewinnung. Der kostengünstige Strom aus erneuerbaren Energien ist dafür vielerorts vorhanden. Jetzt muss es gelingen, die entsprechende Wasserstoffinfrastruktur aufzubauen, also die technologischen Voraussetzungen zu schaffen, dass dieser grüne Wasserstoff auch kostengünstig erzeugt und transportiert werden kann. Da stehen wir leider noch am Anfang der Entwicklung – und wieder gilt es, die richtigen Weichenstellungen zu treffen: Politisch mit einer klaren Willensbekundung, auf den Märkten durch intelligente Marktinstrumente, und letztlich bei der Industrie, die entsprechende Technologien für diese wasserstoffbasierte Zukunft entwickeln soll. Das geht sicher nicht von heute auf morgen, aber mit einem ähnlichen Zeithorizont wie bei den erneuerbaren Energien können wir hier sicherlich eine neuerliche Erfolgsgeschichte schreiben.