CATF Antwort auf die britische Konsultation zur Einspeisung von Wasserstoff in die britischen Gasverteilungsnetze

CATF hat sich zu der britischen Konsultation über die Beimischung von Wasserstoff in die britischen Gasverteilungsnetze geäußert. Unsere Antwort konzentrierte sich auf die strategische Rolle der Beimischung (Frage 3). 

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1. Die Beimischung von kohlenstoffarmem Wasserstoff in Erdgaspipelines verschwendet diesen knappen Rohstoff und lenkt die Bemühungen von einer wirksamen Dekarbonisierung der gesamten Wirtschaft ab.  

Wasserstoff ist in der Natur nicht reichlich vorhanden, und um bedeutende Mengen des Moleküls zu erhalten, muss es aus einer gebundenen Form freigesetzt werden. Es gibt zwei Hauptproduktionswege für kohlenstoffarmen Wasserstoff: Wasserelektrolyse und Dampf/autothermische Methanreformierung (SMR/ATR) mit CO2-abscheidung und Speicherung (CCS). Trotz einer Fülle von Projektankündigungen in jüngster Zeit ist kohlenstoffarmer Wasserstoff aus beiden Quellen derzeit knapp, und der größte Teil der heutigen Wasserstoffproduktion (>95 %) stammt aus unverminderter SMR. Im Jahr 2022 betrug der Anteil der Wasserelektrolyse an der weltweiten Wasserstoffproduktion nur 0,1 ^%1, was vor allem auf die unerschwinglichen Kosten dieses Produktionsweges, aber auch auf eine unterentwickelte Lieferkette zurückzuführen ist. 

Beide Produktionswege benötigen viel Zeit für Entwurf, Planung, Genehmigung und Lieferung. Auch wenn sich dieses Bild durch finanzielle Anreize und politische Maßnahmen in naher Zukunft ändern wird, bestehen weiterhin erhebliche Hürden. Wasserstoffproduktionsanlagen in großem Maßstab sind kapitalintensiv. Für die Wasserelektrolyse ist eine reichliche und stabile Versorgung mit sauberem Strom erforderlich, und für SMR/ATR mit CCS müssen hochwirksame CO2-abscheidung Systeme mit der entsprechenden Infrastruktur (wie_{CO2-Pipelines} und geologische Speicher) sichergestellt werden.  

Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften ist Wasserstoff energieintensiv in der Herstellung und schwierig zu transportieren und zu speichern. Diese Faktoren tragen zu hohen Produktionskosten bei und erklären daher die derzeitige Knappheit an kohlenstoffarmem Wasserstoff. Aufgrund dieser begrenzten Verfügbarkeit, sowohl in der Gegenwart als auch in den Prognosen für die nahe Zukunft, empfiehlt CATF , dass der Einsatz von kohlenstoffarmem Wasserstoff vorrangig in Endverbrauchssektoren erfolgen sollte, in denen es einfach keine anderen alternativen Dekarbonisierungsoptionen gibt oder in denen Alternativen technisch oder wirtschaftlich weniger machbar sind(Abbildung 1). Künftige Investitionen und Märkte für kohlenstoffarmen Wasserstoff sollten diese Prioritäten berücksichtigen und sicherstellen, dass Wasserstoff für die Sektoren verfügbar ist, die ihn am ehesten benötigen. 

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Abbildung 1: CATF Rangfolge der potenziellen Wasserstoff-Endverbrauchssektoren (Quelle: CATF) 

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Die Einspeisung von kohlenstoffarmem Wasserstoff in das Gasnetz würde die Umweltvorteile eines knappen Rohstoffs verwässern, der in anderen benötigten Sektoren besser eingesetzt werden könnte. Höhere Priorität sollten industrielle Verbraucher - einschließlich Raffinerien und Ammoniakproduzenten - haben, die einige der wichtigsten Produkte der Gesellschaft herstellen, wie z. B. Kraftstoffe für den Verkehr und Düngemittel für die Landwirtschaft. Diese Produktionsanlagen laufen rund um die Uhr und benötigen daher eine ständige Versorgung mit Wasserstoff als Ausgangsstoff. Um die hohe Nachfrage zu befriedigen, bauen Raffineriebesitzer manchmal ihre eigenen Wasserstoffproduktionsanlagen vor Ort, können aber auch die Wasserstoffversorgung "über den Zaun" von nahegelegenen externen Lieferanten auslagern, wie es bei vielen Raffinerien in den Vereinigten Staaten der Fall ist. In beiden Fällen werden alle Aspekte der Wasserstoffproduktion eng mit dem industriellen Abnehmer abgestimmt, einschließlich Menge, Qualität, Betriebszeit und Projektdauer. Dies sollte bei kohlenstoffarmem Wasserstoff nicht anders sein, unabhängig von seinem Produktionsweg.  

Es ist zwingend erforderlich, dass die derzeitigen Verwendungszwecke von Wasserstoff, bei denen es sich größtenteils um industrielle Nutzer handelt, die ersten Nutznießer einer kohlenstoffarmen Wasserstoffversorgung sind, zusätzlich zu den neuen industriellen Nutzern - wie der Stahlherstellung oder der Produktion nachhaltiger Kraftstoffe -, bei denen kohlenstoffarmer Wasserstoff in naher Zukunft eine wichtige Rolle spielen kann, wenn sich ihre aufstrebenden Märkte entwickeln. 

2. Die Positionierung des Erdgasnetzes als Abnehmer von Wasserstoff, selbst vorübergehend, birgt das Risiko einer Verzerrung des Marktes für kohlenstoffarmen Wasserstoff.  

Entwickler von kohlenstoffarmem Wasserstoff müssen sicherstellen, dass ihre Projekte finanzierbar sind, was vor allem durch die prognostizierten Einnahmen von Abnehmern gestützt wird. Wie in Abschnitt 1 hervorgehoben wurde, sollte kohlenstoffarmer Wasserstoff vorrangig an die größten Abnehmer von ungebremstem Wasserstoff geliefert werden, vor allem an industrielle Abnehmer. Andernfalls könnte ein Mengenrisiko entstehen, d. h. das Risiko, dass ein Wasserstoffhersteller nicht in der Lage ist, genügend Wasserstoff zu verkaufen, wie von der britischen Regierung ^{festgestellt2}. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass dieses Risiko eintritt, wenn die Entwicklung einer kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion eng an industrielle Abnehmer gebunden ist. 

Die britische Regierung muss sicherstellen, dass es Schutzmaßnahmen gibt, die gewährleisten, dass Wasserstoffproduzenten nicht einfach Wasserstoff produzieren und in das Netz einspeisen, weil sie keine Abnehmer haben, was den Markt für kohlenstoffarmen Wasserstoff verzerren würde. Stattdessen sollte die britische Regierung die Entwickler von kohlenstoffarmem Wasserstoff dabei unterstützen, vorrangige Abnehmer für derzeitige industrielle Anwendungen zu finden und an diese anzuschließen. Die britische Regierung sollte auch darüber nachdenken, wie die übergangsweise Einspeisung in das Netz durchgesetzt werden kann, zum Beispiel durch eine gesetzliche Begrenzung der Wasserstoffeinspeisung in das Netz. 

3. Elektrolytischer Wasserstoff aus gekürztem Strom aus erneuerbaren Energien sollte vorrangig als Langzeitspeicher genutzt werden.  

Die elektrolytische Wasserstofferzeugung aus gekürztem Strom aus erneuerbaren Energiequellen hängt eher mit der richtigen Auslegung des Stromsystems als mit der Wasserstofferzeugung zusammen. Dies wurde in einem kürzlich erschienenen Bericht der Royal ^Society3 aufgezeigt, in dem das Stromsystem speziell so ausgelegt war, dass es mehr Strom lieferte, als nachgefragt wurde, und dieser überschüssige Strom zur Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff verwendet wurde.  

Darüber hinaus ist die eigenständige Planung und Entwicklung einer Elektrolyseanlage, die ausschließlich zur Erfassung von Stromabschaltungen dient, aufgrund der geringen Auslastung der Elektrolyseanlage und der Unvorhersehbarkeit von Stromabschaltungen kein rentables Unterfangen. Selbst wenn die Elektrolyseanlage als Ausgleich für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen geplant ist, soll der erzeugte Wasserstoff als eine Art Langzeit-Energiespeicher dienen, um Strom zu erzeugen, wenn die erneuerbaren Energiequellen offline sind. Der Einsatz von Elektrolyseanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff aus abgeregelter Stromerzeugung sollte als Teil eines integrierten Energiesystemkonzepts geplant werden. Abbildung 2 zeigt die Preise für ^{Elektrolyse-Wasserstoff4} im Verhältnis zu den Kapazitätsfaktoren der Elektrolyse (die bei Stromabschaltungen erwartet werden). 

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Abbildung 2: Wasserstoffproduktionskosten in Abhängigkeit von Kapazitätsfaktor und Strompreis (Quelle: CATF) 

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Daher ist die Prämisse der Einspeisung von Wasserstoff aus unterbrochenem Strom in die Gasverteilungsnetze nicht haltbar. Elektrolytischer Wasserstoff, der durch Stromabschaltungen erzeugt wird, eignet sich viel besser als eine Form der langfristigen Energiespeicherung in einem weitgehend dekarbonisierten Stromsystem.  

Es wird wichtig sein, dass die britische Regierung klarstellt, welche Formen von vertraglichen Vereinbarungen es geben wird, und dass sie einen Abnahmepreis festlegt, der eine angemessene Rendite für den Entwickler sicherstellt und gleichzeitig - und das ist noch wichtiger - die Regierung vor unangemessenen Ausgaben bei der Unterstützung dieser aufstrebenden Industrie schützt.  

Wenn die Elektrolyseanlage ursprünglich gebaut wurde, um einen Abnehmer mit Wasserstoff zu versorgen, ist es unwahrscheinlich, dass die Anlage über freie Kapazitäten verfügt, um Stromabschaltungen aufzufangen. Es ist daher nicht zu erwarten, dass dieses Szenario eine große Menge an Wasserstoff liefert.

4. Die Einspeisung von Wasserstoff in das Gasverteilungssystem birgt Unsicherheiten und Risiken, und die Beimischung für private Anwendungen ist keine sinnvolle oder sichere Endanwendung.  

CATF fordert die britische Regierung auf, die weiteren Auswirkungen der Beimischung von Wasserstoff zum Erdgassystem zu prüfen. In der Konsultation wird nicht speziell auf die Absicht oder den Zweck einer solchen Beimischung eingegangen, so dass sich die Antwort von CATFauf zwei Anwendungen konzentriert, für die Wasserstoff in Betracht gezogen werden könnte: Heizen in Privathaushalten und in der Industrie sowie Stromerzeugung. 

Zahlreiche unabhängige ^Studien5 sind zu dem Schluss gekommen, dass Alternativen wie Wärmepumpen, solarthermische Systeme und Fernwärme wirtschaftlicher, effizienter und weniger ressourcenintensiv sind und im Vergleich zu Wasserstoff geringere Umweltauswirkungen haben, wenn es um die Beheizung von Wohnungen geht. Darüber hinaus wird Wasserstoff zwar routinemäßig in der Industrie verwendet, seine Verwendung in Wohnräumen birgt jedoch potenziell ernsthafte Sicherheitsrisiken, sowohl wegen der hohen Leckageanfälligkeit von Wasserstoff (ohne sichtbare Flamme oder Geruchsstoff) als auch wegen seines Entflammbarkeitsbereichs, der sechsmal so groß ist wie der von Erdgas. Das Konsultationspapier (S. 27) verweist auf diese Sicherheitsbedenken für die Beheizung von Häusern und Wohngebäuden. Aus diesen Gründen sollte Wasserstoff nicht als Dekarbonisierungsoption für Wohngebäude in Betracht gezogen werden.  

Sowohl der oberste Infrastrukturberater der britischen Regierung als auch die Nationale ^{Infrastrukturkommission6} haben sich gegen die Verwendung von Wasserstoff zum Heizen von Häusern ausgesprochen und erklärt, dass dies ausgeschlossen werden sollte. Ein kürzlich veröffentlichter ^E3G-Bericht7 lieferte ebenfalls starke Argumente gegen den Vorschlag der britischen Regierung zur Beimischung von Wasserstoff und kam zu dem Schluss, dass die Beimischung den strategischen Einsatz von Wasserstoff in Sektoren, in denen er die primäre Option für die Dekarbonisierung ist, nicht fördert und darüber hinaus das Risiko birgt, Wasserstoff für ineffiziente Verwendungszwecke, wie z. B. Heizen, auf Kosten anderer Sektoren zu verwenden. Darüber hinaus wurde in dem Bericht festgestellt, dass die Beimischung von Wasserstoff die Energierechnungen der Haushalte und der Industrie um 7 bis 20 % erhöhen und die Bemühungen um die Dekarbonisierung der Hauswärme insgesamt zum Scheitern bringen könnte, indem Investitions- und Strategieentscheidungen für andere, vielversprechendere Technologien verzögert werden.   

In dem Konsultationsdokument (S. 42) werden potenzielle Herausforderungen und Risiken im Zusammenhang mit der Wasserstoffbeimischung genannt, darunter die Kosten für die Aktualisierung alter Gaszähler, die mögliche Versprödung alter Eisenleitungen im britischen Gasverteilungsnetz und die potenziellen Kosten im Zusammenhang mit dem Deblending. Die Konsultation deutet auch darauf hin, dass die Verwendung von Wasserstoffmischungen mit einem Volumenanteil von bis zu 20 % in den britischen Gasverteilungsnetzen mit Sicherheitsbedenken verbunden sein könnte. Daher ist eine gründliche Evaluierung und Bewertung der Sicherheitsauswirkungen von Wasserstoffmischungen erforderlich, bevor mit der Planung begonnen werden kann.   

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Abbildung 3: Lebenszyklusemissionen für Wasserstoff- und Erdgas-Kraftstoffgemische (_kgCO2e/MWhe) (Quelle: CATF) 

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Im Falle der Stromerzeugung zeigt Abbildung 3 die Verringerung der THG-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus für verschiedene Wasserstoff- und Erdgasmischungen zur Verwendung in einem Erdgas-Kombikraftwerk. Bei Mischungen mit einem Volumenanteil von 20 % sinken die THG-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus nur um 7 % im Vergleich zur Stromerzeugung mit unvermindertem Erdgas, so dass knapper kohlenstoffarmer Wasserstoff für eine minimale THG-Reduzierung verwendet wird.