Mögliche Preisbildungssysteme für einen globalen kohlenstoffarmen Wasserstoffmarkt

Laut dem Fahrplan der Internationalen Energieagentur (IEA) für eine Netto-Null-Emissionen-Strategie bis 2050 wird Wasserstoff eine entscheidende Rolle beim Übergang zur Netto-Null-Emissionen-Strategie spielen, indem er Sektoren dekarbonisiert, die nur schwer oder unwirtschaftlich zu elektrifizieren sind. Für die breite Einführung von Wasserstoff in diesen Sektoren müssen zahlreiche technische und wirtschaftliche Hürden überwunden werden, von der Produktion bis zur Endnutzung. Viele Länder werden wahrscheinlich Wasserstoff importieren müssen, um die lokale Nachfrage zu befriedigen, und sie werden Entwicklungsstandards, Zertifizierungssysteme und Marktplätze schaffen müssen, um einen effektiven und transparenten Wasserstoffhandel zu unterstützen.  

Die Schaffung eines neuen globalen Marktes für Wasserstoff wirft eine einfache Frage auf: Welcher Preismechanismus wird den Wert von Wasserstoff als entscheidendes Dekarbonisierungsmolekül am besten widerspiegeln? 

Leider gibt uns der bestehende Wasserstoffmarkt nicht viele Anhaltspunkte. Nach Angaben der IEA wird der weltweite Wasserstoffbedarf im Jahr 2020 bei 90 Millionen Tonnen pro Jahr (MTPA) liegen. Die derzeitige Nachfrage entfällt hauptsächlich auf die Raffinerie- und Schwerindustrie, einschließlich der Herstellung von Düngemitteln und Chemikalien. Der größte Teil des bereits produzierten Wasserstoffs ist für den Eigenbedarf bestimmt, d. h. der Wasserstoff wird vor Ort produziert und verbraucht. Infolgedessen ist die Preisgestaltung für Wasserstoff sehr lokal begrenzt und wird auf der Grundlage vertraulicher langfristiger Liefervereinbarungen zwischen zwei Parteien festgelegt. Die prognostizierten Wasserstofftrends deuten darauf hin, dass dieses lokal begrenzte Modell für den Großteil der Wasserstoffnachfrage im Jahr 2050 oder darüber hinaus nicht mehr relevant sein wird. 

Wasserstoffnachfrage nach Sektoren, 2000 - 2020

Die IEA schätzt, dass die weltweite Wasserstoffnachfrage bis 2050 530 MTPA erreichen wird, was auf die zunehmende Nutzung von Wasserstoff in vielen Sektoren zurückzuführen ist, u. a. im Schwerlastverkehr und in der Industrieheizung. Da hochindustrialisierte und ressourcenarme Länder nicht ihren gesamten Bedarf an kohlenstoffarmem Wasserstoff erzeugen können, wird Wasserstoff nicht mehr zwangsläufig auf ein lokales Verbrauchsmuster beschränkt sein, sondern ähnlich wie Erdgas heute über internationale Grenzen hinweg transportiert werden müssen. Die Internationale Agentur für erneuerbare Energien schätzt, dass bis 2050 ein Viertel des weltweiten Wasserstoffbedarfs international gehandelt werden wird, ein Szenario, das Parallelen zum heutigen Gasmarkt aufweist, wo 33 % des Gasbedarfs grenzüberschreitend ist. 

Im Gegensatz zu Erdgas ist Wasserstoff über große Entfernungen deutlich schwieriger zu transportieren, sei es über Pipelines oder auf dem Seeweg. Aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasserstoff ist die Verflüssigung von Wasserstoff bei -253 Grad Celsius für den Transport per Schiff wesentlich schwieriger als bei verflüssigtem Erdgas (LNG), das bei -162 Grad Celsius gelagert und transportiert wird. Sogenannte "Wasserstoffträger" wie Ammoniak und flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) werden als potenzielle Wegbereiter für den Wasserstoffseehandel angesehen. Diese Träger erfordern jedoch ein ausgeklügeltes Netz von Infrastrukturen, chemischen Umwandlungsprozessen und technischen Lösungen für den Transport der Wasserstoffmoleküle, wie in der nachstehenden Abbildung dargestellt.  

Der Transport von Wasserstoff durch Pipelines ist einfacher, da keine Träger und keine Tiefkühlung erforderlich sind. Der Transport von Wasserstoff durch Pipelines erfordert jedoch etwa dreimal so viel Energie wie der Transport einer entsprechenden Energiemenge in Form von Erdgas und kann mit höheren Investitionskosten verbunden sein.  

Die hervorgehobene Komplexität der Lieferkette für den Wasserstofftransport ist ein wichtiges Merkmal für den internationalen Wasserstoffhandel und hat direkte Auswirkungen auf die Preisgestaltung. Insbesondere dürften die Preisunterschiede zwischen Export- und Importregionen beträchtlich sein, um den Zwischenschritten Rechnung zu tragen, die für die Lagerung, den Export, den Transport und den Import von Wasserstoff erforderlich sind. Der Kraftstoff selbst ist nur ein Teil einer großen und komplexen Wertschöpfungskette. 

Es sei daran erinnert, dass traditionelle Rohstoffmärkte wie Öl oder Gas Jahrzehnte gebraucht haben, um sich zu entwickeln. In dem Maße, wie der Wasserstoffhandel an Umfang zunimmt, die Technologie ausgereift ist und die Transportkosten sinken, werden sich die Umrisse eines Wasserstoffmarktes und eines entsprechenden Preisbildungsmechanismus entwickeln, um den entstehenden Handel zu erleichtern. 

Was ist der innere Wert von Wasserstoff?  

Länder mit vergleichsweise niedrigeren Kosten für die Wasserstoffproduktion verkaufen nicht unbedingt zu niedrigeren Preisen an die Verbraucher, sondern verfügen über größere Gewinnspannen, wie es im globalen Rohstoffhandel der Fall ist, wo die Rohstoffpreise durch Angebot und Nachfrage bestimmt werden, wenn auch über eine ausgeklügelte Finanzstruktur und Preisbildungsmechanismen an globalen Börsen wie der New York Mercantile Exchange. Finanzdienstleistungen rund um Öl und Gas ermöglichen einen wirksamen Preisbildungsmechanismus, der die Preisfindung unterstützt. Hat Wasserstoff das Potenzial, sich zu einem weltweit gehandelten Rohstoff wie Öl zu entwickeln, wo physische Ladungen um ein Vielfaches gehandelt werden und wo Finanzinstrumente wie Futures, Swaps, Derivate und andere Optionen entstanden sind? Würden regionale Wasserstoff-Benchmarks verwendet werden, um den Preis für den gelieferten Wasserstoff festzulegen? Für eine Strategie des Wasserstoffhandels und der Preisbildung ist es vielleicht noch zu früh, aber sie kann dennoch als Richtschnur für die Entwicklung der Märkte dienen.  

Preisbildungsmechanismen setzen Marktgrundlagen in Preisniveaus um. Die Angebots- und Nachfragelandschaft für kohlenstoffarmen Wasserstoff ist noch im Entstehen begriffen, und die Preisbildung für Wasserstoff wird sich wahrscheinlich nicht von Anfang an an einem Benchmark- oder Spotpreis orientieren. Dennoch gibt es Versuche, Wasserstoffbörsen zu schaffen, wie z. B.HyXchange" in den Niederlanden, die bei der Preisfindung helfen sollen. In der Zwischenzeit wird die Preisbildung für Wasserstoff wahrscheinlich durch einen alternativen Preisbildungsmechanismus bestimmt, der zwischen zwei Parteien festgelegt wird. Die drei nachstehenden Preisbildungsmechanismen - wertbasiert, Net-Back und Importparität - dienen als mögliche Optionen, die bei der Festlegung eines Preises für weltweit gehandelten kohlenstoffarmen Wasserstoff in Betracht gezogen werden sollten.  

1. Wertorientierte Preisbildung - Dieser Preisbildungsrahmen ist weit von der Welt der Rohstoffe entfernt und wird im Allgemeinen für Waren im Einzelhandel verwendet, wo der wahrgenommene Wert den Unternehmen eine Preisgestaltungsmacht verleiht. In einem im Entstehen begriffenen Markt für kohlenstoffarmen Wasserstoff würde der Preis des Wasserstoffs von dem Wert abhängen, den kohlenstoffarmer Wasserstoff im Vergleich zur Alternative bietet, die hier als ungebremster fossiler Wasserstoff betrachtet wird. Bei diesem Preisbildungsmechanismus ist der Wert an die vermiedenen_{CO2-Emissionen} geknüpft und entspricht den Kohlenstoffsteuern, die durch die Umstellung auf kohlenstoffarmen Wasserstoff eingespart werden. Bei einer kohlenstoffarmen Wasserstofferzeugung durch Dampfreformierung von Methan in Verbindung mit CO2-abscheidung mit einem Anteil von 93 % und 1,5 % vorgelagerten Methanemissionen werden die Emissionseinsparungen über einen GWP-Zeitraum von 20 Jahren auf 7,7 kg_CO2e/kgH2 geschätzt, verglichen mit demselben Prozess ohne CO2-abscheidung und Speicherung. Geht man von einem Kohlenstoffpreis von 100 $ pro Tonne_CO2 aus, so würde der Aufpreis oder Wert dieses speziellen kohlenstoffarmen Wasserstoffs 0,77 $ pro kg gegenüber dem Preis für unverbrannten Wasserstoff betragen. Einige Herausforderungen bei diesem Preismodell sind: 

• das Fehlen eines Wasserstoff-Spot- oder Referenzpreises, auf den diese Prämie angewandt wird 
• Das Fehlen eines international anerkannten und umfassenden Zertifizierungssystems für Wasserstoff, das es ermöglicht, dem gehandelten Wasserstoff einen Kohlenstoffnachweis zuzuordnen  
• Die Prämie für kohlenstoffarmen Wasserstoff, die möglicherweise nicht ausreicht, um die zusätzlichen Kosten im Zusammenhang mit der kohlenstoffarmen Wasserstofferzeugung zu decken, ganz zu schweigen von den Transportkosten, wenn er importiert werden muss 

• Ein geringeres_{CO2e/kgH2-Differenzial} für importierten Wasserstoff (aufgrund der Emissionen in der Lieferkette durch den zusätzlichen Wasserstofftransport), was ein niedrigeres Preisziel für importierten kohlenstoffarmen Wasserstoff impliziert  

2. Nettopreisbildung - Dieser Preisbildungsmechanismus ist bei Erdöl und Erdölprodukten weit verbreitet und steht stellvertretend für die betriebliche Effizienz dieser Produzenten. Bei diesem Mechanismus würde der Wasserstoffpreis im Ausfuhrland gleich dem Preis im Einfuhrland abzüglich der Produktions-, Transport-, Versicherungs- und Zollkosten festgelegt. Dieser Preismechanismus könnte praktikabel sein, wenn die Produktionskosten für Wasserstoff in den Exportländern deutlich unter denen der Importländer liegen. Andernfalls wäre dieser Preismechanismus ein sicherer Weg für das Erzeugerland, kohlenstoffarmen Wasserstoff mit Verlust zu verkaufen. Ausgehend von den in den letzten Jahren unterzeichneten Wasserstoffhandelsabkommen scheinen Länder wie Oman, die Vereinigten Arabischen Emirate, Saudi-Arabien und Australien Spitzenreiter bei der Ausfuhr von kohlenstoffarmem Wasserstoff zu sein, während die größten Importeure Deutschland, die Niederlande und Japan sind. Angesichts dieser Liste kann man davon ausgehen, dass die Exportländer bei den Produktionskosten einen klaren Vorteil gegenüber den Importländern haben. Einige Faktoren, die die Produktionskosten für kohlenstoffarmen Wasserstoff beeinflussen, sind:  

• Erdgas zu wettbewerbsfähigen Preisen in ressourcenreichen Ländern, die die Energiemarktpreise nicht liberalisiert haben und der heimischen Industrie subventioniertes Erdgas zur Verfügung stellen. Erdgas macht in der Regel 80-85 % der Betriebskosten einer Anlage zur Herstellung von Wasserstoff mit Dampf-Methan-Reformer (SMR)+CO2-abscheidung und Speicherung aus, und die Betriebskosten machen in der Regel zwei Drittel der Produktionskosten für so genannten "blauen" Wasserstoff aus. Daher können Erzeugerländer, die Zugang zu billigen Rohstoffen haben, Wasserstoff zu wesentlich niedrigeren Kosten herstellen.  

• wettbewerbsfähige Stromabnahmevereinbarungen (PPA) für Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien, die die PPA-Preise auf den Importmärkten deutlich unterbieten können. Diese niedrigen Tarife werden durch Marktanreize für Entwickler erneuerbarer Energien wie kostenlose Landpacht und reduzierte Netzzugangsgebühren und Übertragungskosten erreicht. Strom ist der wichtigste Betriebsfaktor für Elektrolyt-Wasserstoff und bestimmt in hohem Maße die Produktionskosten.  
• Qualität der erneuerbaren Ressourcen , die den Kapazitätsfaktor der erneuerbaren Energien und die Auslastung der Elektrolyseure beeinflusst und dadurch die Kapitalabschreibungskomponente für "grünen" Wasserstoff verringert  
• Zugang zu billigem Kapital, was wiederum die gewichteten durchschnittlichen Kapitalkosten (WACC) für das Projekt und die Gesamtkosten des Wasserstoffprojekts senkt 
• Geringe Kapitalinvestitionen für Projekte aufgrund der Verfügbarkeit von Kapital, lokaler Lieferketten und einheimischer Erfahrung mit großen Energie- und Infrastrukturprojekten  

Wie bei der wertorientierten Preisgestaltung bedeutet jedoch das Fehlen eines transparenten und stark gehandelten Wasserstoffmarktes, dass eine Referenz für diesen Preismechanismus eine Herausforderung darstellt.  

3. Importparitätspreise - Der Wasserstoffpreis an der Grenze des Einfuhrlandes ist gleich dem Preis im Ausfuhrland zuzüglich der Kosten für Lieferung, Versicherung und Zölle. Dieser Preisbildungsmechanismus ist typisch für einen Markt, auf dem ein Rohstoff knapp ist und der diesen Rohstoff von einem anderen Markt importiert. Im Falle von Wasserstoff wird der Preis im Exportland wahrscheinlich auf der Grundlage der Grenzkosten festgelegt. Angesichts der begrenzten Mengen an kohlenstoffarmem Wasserstoff und der technischen, finanziellen und wirtschaftlichen Hürden, die mit der Einführung von kohlenstoffarmem Wasserstoff auf den Zielmärkten verbunden sind, kann dieser Preismechanismus im Rahmen langfristiger Liefervereinbarungen eingeführt werden. Er würde den Entwicklern und Investoren eine Sicherheitsspanne für die Rendite ihrer Investitionen bieten und dazu beitragen, die Versorgung mit kohlenstoffarmem Wasserstoff zu fördern. Eine Herausforderung bei der Verwendung der Grenzkosten als Referenz für die Preisgestaltung sind die Anreize, die der Industrie im Exportland geboten werden. Anreize werden dazu beitragen, das Wachstum der kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion zu beschleunigen, aber sie werden letztendlich nicht zu einer Preisbildung auf dem internationalen Markt führen und nicht an die Verbraucherländer weitergegeben werden. So tragen beispielsweise Subventionen, die von den Regierungen ressourcenreicher Länder gewährt werden, dazu bei, die Energieexportindustrie zu stützen, deren Produkte zu internationalen Marktpreisen gehandelt werden. Daher wird jede Preisgestaltung für kohlenstoffarmen Wasserstoff, die im Rahmen dieses Mechanismus beschlossen wird, die finanziellen Auswirkungen der gewährten Anreize ausschließen.   

4. Andere Optionen - Da Ammoniak ein effektiver Wasserstoffträger ist, könnte die Preisbildung für kohlenstoffarmen Wasserstoff auch an die Ammoniakpreise gekoppelt werden, die derzeit die Obergrenze für die regionalen Wasserstoffpreise bilden. Die Befreiung des Wasserstoffs von Ammoniak bedeutet jedoch, dass die Kosten für das noch zu kommerzialisierende Ammoniak-Cracking-Verfahren in die Preisgestaltung einbezogen werden müssen. Somit wird der gelieferte kohlenstoffarme Wasserstoff teurer sein als das Ammoniak, aus dem er gewonnen wird. Schließlich wird die Preisbildung für kohlenstoffarmen Wasserstoff in der Anfangsphase stark von den Erdgas- und Strompreisen beeinflusst werden. Trotz der zunehmenden Durchdringung des Netzes mit erneuerbaren Energieträgern sind die Strom- und Gaspreise immer noch stark korreliert, solange es keine erneuerbaren Energieinseln für die Wasserstoffproduktion gibt. Daher kann die Preisbildung für kohlenstoffarmen Wasserstoff auch an die Strom- oder Erdgas-Benchmarks gekoppelt werden.  

Ein unterschätztes Hindernis für die Einführung von Wasserstoff 

Ein Markt für kohlenstoffarmen Wasserstoff und die damit verbundenen Preisbildungsmechanismen werden sich entwickeln, sobald ein internationaler Wasserstoffhandel in globalem Maßstab etabliert ist. Dieser Handel wird jedoch viele Kriterien erfüllen müssen, um technisch und kommerziell lebensfähig zu sein, und wird wahrscheinlich zunächst mit Mengen für einzelne Endverbraucher beginnen. Ein im Entstehen begriffener Wasserstoffhandel wird meist durch langfristige Lieferverträge zwischen zwei Parteien geregelt werden, und die Preisbildungsmechanismen für kohlenstoffarmen Wasserstoff werden wahrscheinlich von Fall zu Fall festgelegt werden und ähnliche Merkmale aufweisen wie der heutige lokale Wasserstoffmarkt für den Eigenbedarf. Die Herausforderung wird natürlich darin bestehen, einen Preis für einen "neuen" Rohstoff auszuhandeln, wenn es keine traditionellen Preisfindungsmechanismen gibt.   

Im Mittelpunkt der Bemühungen von CATF, den Ausbau der kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion zu beschleunigen, steht die Unterstützung bei der Schaffung eines globalen, klimafreundlichen Wasserstoffmarktes. In diesem Blog wurden die potenziellen Preissysteme für kohlenstoffarmen Wasserstoff in der Anfangsphase eines sich entwickelnden Marktes untersucht, der wahrscheinlich fragmentiert ist und nicht von einigen wenigen Akteuren beherrscht wird. Sollte sich ein marktbeherrschender Anbieter von kohlenstoffarmem Wasserstoff herauskristallisieren, wird der Preis von kohlenstoffarmem Wasserstoff weitgehend von den Kosten und Margen des marktbeherrschenden Anbieters beeinflusst werden. CATF arbeitet mit Interessengruppen in den Vereinigten Staaten, dem Nahen Osten und Europa zusammen, um die Merkmale eines globalen Wasserstoffmarktes zu definieren.