Wann ist schadstoffarmer Wasserstoff wirklich schadstoffarm? CATFDas neue Tool der Stiftung hilft bei der Klärung dieser Frage

Emissionsarmer Wasserstoff entwickelt sich zu einem wichtigen Bestandteil von Dekarbonisierungsstrategien auf der ganzen Welt. Wasserstoff ist aufgrund seiner Vielseitigkeit sowohl als unverzichtbarer industrieller Rohstoff als auch als kohlenstofffreier Brennstoff in Wirtschaftssektoren attraktiv, die besonders schwer zu elektrifizieren sind. Diese Sektoren werden manchmal als "No-regrets"-Sektoren bezeichnet, d. h. Sektoren, in denen Wasserstoff für die Durchführung industrieller Prozesse unerlässlich ist oder in denen keine anderen energieeffizienten oder kostengünstigen Dekarbonisierungsoptionen zur Verfügung stehen.  

Da die Regierungen jedoch Gesetze zur Förderung der Entwicklung von sauberem Wasserstoff einführen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Emissionen aus der gesamten vorgeschlagenen Wasserstoffversorgungskette - einschließlich der Wasserstoffproduktion und des Transports - die Vorteile nicht zunichte machen. Um dies zu verdeutlichen, hat CATF das Hydrogen Delivered Lifecycle Analysis Tool (_H2DLAT) entwickelt , mit dem sich die Emissionen verschiedener Wasserstoffproduktions- und -transportpfade berechnen und vergleichen lassen. 

Wie wird sauberer Wasserstoff in den verschiedenen Ländern definiert? 

In Anbetracht der Bestrebungen, die Produktion von sauberem Wasserstoff auszuweiten, entwickeln Regulierungsbehörden in der ganzen Welt rechtliche Definitionen dafür, was "sauberer", "erneuerbarer" oder "kohlenstoffarmer" Wasserstoff ist. 

Ein Schlüsselelement dieser Definitionen ist der Umfang der zu berücksichtigenden Emissionen (siehe Abbildung 1). Die meisten Definitionen berücksichtigen nur die Emissionen aus der Wasserstoffherstellung - die je nach Verfahren unterschiedlich sein können - und lassen die Emissionen aus dem Wasserstofftransport außer Acht. Diese Beschränkung auf die Herstellung ist kontraproduktiv, da je nach Art des Wasserstofftransports die gesamten Lebenszyklusemissionen denen der Wasserstoffherstellung entsprechen oder sie sogar übertreffen können, was die Vorteile der Verwendung von sauberem Wasserstoff zunichte machen könnte. 

In der EU legen die Richtlinie über erneuerbare Energien (RED) und die bevorstehende Richtlinie über Wasserstoffmärkte grundlegende Definitionen für "erneuerbaren" und "kohlenstoffarmen" Wasserstoff fest. Um als "erneuerbar" zu gelten, muss Wasserstoff beispielsweise mindestens 70 % weniger Treibhausgasemissionen aufweisen als ein fossiler Vergleichsstoff, wobei die gesamten Lebenszyklusemissionen von der Herstellung bis zum Verbrauch und insbesondere auch der Transport berücksichtigt werden. 

Zwar gibt es in den USA keine offizielle Definition für "sauberen" Wasserstoff, aber es gibt Richtlinien, die es ebenfalls wichtig machen, die Lebenszyklusemissionen von Wasserstoff genau zu bestimmen. Wasserstoffproduzenten können die Steuergutschrift für die Produktion von sauberem Wasserstoff gemäß Abschnitt 45V des Inflation Reduction Act nur dann in Anspruch nehmen, wenn die Lebenszyklusemissionen des produzierten Wasserstoffs unter 4 kg_CO2e/ kg_H2 liegen. Derselbe Schwellenwert von 4 kg_CO2e/ kg_H2 wird im Clean Hydrogen Production Standard verwendet, den das Energieministerium zur Bewertung von Anträgen für seine Wasserstoffprogramme, wie die Regional Clean Hydrogen Hubs, heranzieht. Im Gegensatz zur EU-Definition sind die Grenzen für diese Emissionsberechnungen in den USA jedoch "well-to-gate", d. h. sie beziehen sich nur auf die Wasserstoffproduktion selbst und schließen den Transport von Wasserstoff aus.  

Was ist H2DLAT? 

Um einen besseren Einblick in die potenziellen Emissionen verschiedener Wasserstoffproduktions- und -transportwege und deren Übereinstimmung mit internationalen Grenzwerten zu erhalten, hat CATF H2DLAT entwickelt, das die wichtigsten Emissionsquellen während des gesamten Lebenszyklus des gelieferten Wasserstoffs abdecken soll, darunter: 

• Inputs: Emissionen aus Rohstoffen und Energiequellen, einschließlich vorgelagerter Emissionen aus erneuerbaren Energiequellen und Erdgas. 

• Prozesse: Emissionen im Zusammenhang mit den Prozessen zur Herstellung von Wasserstoff, einschließlich des Kohlendioxids (_CO2), das aus dem Ausgangsmaterial auf Erdgaswegen erzeugt wird, sowie Emissionen aus den Energiequellen zum Betrieb des Reformers und der CO2-abscheidung und Speichereinheit (CCS).  
• Transport: Emissionen aus der Umwandlung und Rückumwandlung in/aus dem Wasserstoffträger (Wärme und Elektrizität), Emissionen aus dem Transport per Schiff, LKW und Pipeline sowie Wasserstoffleckagen aus der Umwandlung/Rückumwandlung während des Transports. 

Es gibt einige Ausnahmen von Emissionsquellen im Webtool. Emissionen aus dem Bau, der Herstellung und der Stilllegung von Anlagen werden aufgrund ihrer im Vergleich zu anderen Quellen relativ geringen Auswirkungen ausgeschlossen, mit Ausnahme der mit erneuerbaren Energien verbundenen Emissionen. Vorgelagerte Emissionen aus erneuerbaren Energiequellen werden berücksichtigt, da sie die einzige Emissionskomponente dieser Energiequellen darstellen und in der Regel nicht vernachlässigbar sind, insbesondere im Vergleich zu den Emissionen aus der Herstellung von Methanreformern (für politische Kontexte, die die vorgelagerten Emissionen aus der Herstellung erneuerbarer Energien nicht berücksichtigen, kann dieser Zusatz jedoch umgangen werden, indem "Null Kohlenstoff" als Stromquelle im Tool ausgewählt wird). Emissionen aus der Wasserstoffspeicherung und der endgültigen Verteilung an den Endverbraucher liegen ebenfalls außerhalb des Anwendungsbereichs des Webtools, da diese je nach Anwendungsfall stark variieren können. 

Weitere Einzelheiten über das Webtool, einschließlich der Annahmen, des Umfangs und verschiedener Überlegungen zu Erdgasquellen, CCS und Elektrolyse, finden Sie in dem neben dem Tool veröffentlichten "Referenzdokument". Die Nutzer haben auch Zugang zu den verwendeten Eingabedaten. 

Die wichtigsten Erkenntnisse 

Damit sauberer Wasserstoff seine Rolle als Dekarbonisierungslösung in schwer abbaubaren Sektoren erfüllen kann, ist es entscheidend, die Emissionen in der gesamten Wertschöpfungskette zu berücksichtigen. Die Vernachlässigung wichtiger Emissionen aus dem Lebenszyklus kann unsere Wahrnehmung davon verzerren, wie klimaschonend der von uns genutzte Wasserstoff wirklich ist. 

Es gibt eine globale Diskussion über den Import/Export von Wasserstoff, die sich teilweise über Kontinente hinweg erstrecken könnte, doch viele Wasserstoffzertifizierungssysteme und -vorschriften konzentrieren sich ausschließlich auf die bei der Wasserstoffproduktion entstehenden Emissionen. Die Diskrepanz zwischen den Zertifizierungssystemen und unseren Erwartungen an den Import/Export ist offensichtlich und muss behoben werden, bevor größere Mengen an Wasserstoff über Kontinente hinweg gehandelt werden. 

Wenn die mit dem gelieferten Wasserstoff verbundenen Gesamtemissionen die Emissionen aus seiner Herstellung deutlich übersteigen, stellt sich die Frage, ob der Rückgriff auf Wasserstoff, der um die halbe Welt transportiert wird, selbst wenn er aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, wirklich die effektivste Dekarbonisierungsstrategie ist. Es wäre höchst problematisch und kontraproduktiv für die Dekarbonisierungsbemühungen, wenn wir am Ende importierten Wasserstoff mit höheren Emissionen als vor Ort produzierten konventionellen grauen Wasserstoff verwenden und ihn als "sauber" bezeichnen würden. Durch die Ausweitung der Lebenszyklusemissionen von Wasserstoff auf den Transportbereich kann das H2DLAT-Tool wertvolle Erkenntnisse liefern und eine effektive Entscheidungsfindung unterstützen. 

CATF arbeitet eng mit wichtigen Interessengruppen aus Industrie, Wissenschaft und Regierung zusammen, um sich für die Einbeziehung aller Emissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette des gelieferten Wasserstoffs in internationale Wasserstoffzertifizierungssysteme einzusetzen. Dazu gehört auch die Einbeziehung klarer, glaubwürdiger und realistischer Schätzungen der vorgelagerten Methanemissionen. CATF freut sich auf die weitere Arbeit, um sicherzustellen, dass sauberer Wasserstoff ordnungsgemäß berücksichtigt wird, damit er zur Dekarbonisierung der "No-regrets"-Sektoren unserer Volkswirtschaften beitragen kann.