Sauberer Wasserstoff für die Dekarbonisierung Polens

Polen steht bei der Umstellung auf ein dekarbonisiertes Energiesystem vor erheblichen Herausforderungen, da das Land seit jeher auf Kohle angewiesen ist und sich von fossilen Brennstoffen wegbewegen muss. Um einen nachhaltigen, widerstandsfähigen und gerechten Übergang zu gewährleisten, muss das Land einen umfassenden, sektorspezifischen Plan umsetzen, der ein vielfältiges Portfolio von Dekarbonisierungslösungen einsetzt, darunter Elektrifizierung, CO2-abscheidung und Speicherung sowie CO2-freie kraftstoffe, einschließlich sauberem Wasserstoff und seinen Derivaten.

Was ist sauberer Wasserstoff?

Der meiste Wasserstoff wird heute durch Dampf- oder autotherme Reformierung von Methan (SMR/ATR) aus Erdgas hergestellt, ein kleinerer Prozentsatz wird durch Kohlevergasung erzeugt, was sehr emissionsintensiv ist und weltweit fast 1 Gt Kohlendioxid pro Jahr ausstößt.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, "sauberen" ^Wasserstoff1 zu erzeugen, bei dem die damit verbundenen Treibhausgasemissionen erheblich reduziert oder ganz vermieden werden. Zu den Produktionswegen gehören die Installation von CO2-abscheidung Technologien in einer SMR/ATR-Anlage und die Kontrolle der vorgelagerten Methanleckagen oder die wasserbasierte Elektrolyse, die mit kohlenstoffarmen Energiequellen wie Wind- und Solarenergie, Kernenergie oder anderen aufkommenden Energieoptionen wie der geothermischen Nutzung von superheißem Gestein betrieben wird.

Warum braucht Polen sauberen Wasserstoff?

Sauberer Wasserstoff kann ein entscheidender Hebel für den Übergang Polens zu einer Netto-Null-Wirtschaft sein. Das Land ist bereits der drittgrößte Produzent von Wasserstoff in Europa, der fast ausschließlich durch kohlenstoffintensive, ungebremste Dampfreformierung von Erdgas hergestellt wird. Dieser Wasserstoff wird in erster Linie als wichtiger Rohstoff und Brennstoff in Polens bedeutendem Industriesektor verwendet, insbesondere in der Erdölraffination, der Petrochemie und der Düngemittelproduktion - Sektoren, die zusammen etwa 14 % der nationalen Treibhausgasemissionen verursachen.

Auch andere Sektoren können von der Anwendung von sauberem Wasserstoff profitieren, wo er derzeit noch nicht eingesetzt wird, z. B. im Verkehrswesen. Der polnische Verkehrssektor trägt mit fast 18 % zu den gesamten THG-Emissionen bei, und obwohl ein erheblicher Teil davon wahrscheinlich durch die Elektrifizierung von Fahrzeugen ausgeglichen werden kann, gibt es in einigen Segmenten nur begrenzte Möglichkeiten zur Dekarbonisierung.

Der Wasserstoffbedarf in Polen könnte bis 2040 100 TWh, d.h. über 3 Millionen Tonnen, übersteigen^.2 Polen wird jedoch wahrscheinlich nur über begrenzte Ressourcen verfügen, um diese Menge vollständig durch die heimische Produktion von sauberem Wasserstoff zu decken.

Die nationale polnische Wasserstoffstrategie (PHS), die 2021 veröffentlicht wurde, legt sechs erste Ziele bis 2030 fest, die den Startschuss für eine saubere Wasserstoffwirtschaft geben sollen. Die PHS ist ein lobenswerter erster Schritt, bedarf aber einer Aktualisierung mit weiteren Details zu maßgeschneiderten Produktionsplänen, einer Priorisierung von Abnehmern und einem politischen Rahmen von Maßnahmen, die eine rationelle Umsetzung von sauberem Wasserstoff unterstützen, insbesondere mittel- bis langfristig (2030-2050).

Dieses Kurzdossier enthält fünf Empfehlungen, die dazu beitragen können, die nächste Version des PHS zu stärken und Polen bei der Einführung einer erfolgreichen sauberen Wasserstoffwirtschaft zu unterstützen.

Empfehlungen

1. Vorrang für Anbieter von sauberem Wasserstoff in Sektoren, in denen es nichts zu bereuen gibt

Angesichts der begrenzten einheimischen Energieressourcen Polens für die Produktion von sauberem Wasserstoff - sowohl in Bezug auf die Erdgasversorgung als auch auf die Kapazitäten für erneuerbare Energien - sollte sauberer Wasserstoff als ein kostbares Molekül betrachtet und vorrangig in den am schwersten abbaubaren Sektoren eingesetzt werden. In diesen Sektoren, die auch als "No regrets"-Sektoren bezeichnet werden, wird heute häufig kohlenstoffintensiver Wasserstoff verwendet, und der Einsatz anderer energie- und kosteneffizienter Dekarbonisierungsoptionen ist nicht machbar(Abbildung 1).

Der PHS hebt mehrere Sektoren als vorrangige Abnehmer für künftigen sauberen Wasserstoff hervor, darunter die Segmente Schwerindustrie, Strom, Heizung und Verkehr. Während der PHS die Grundlagen für die Entwicklung des polnischen Marktes für sauberen Wasserstoff schafft, birgt das Fehlen einer evidenzbasierten Priorisierung der Abnehmer (insbesondere kurz- bis mittelfristig) die Gefahr, dass der Wasserstoffmarkt verzerrt und die Versorgung der Sektoren, die ihn am meisten benötigen, eingeschränkt wird. Alternativen für die Stromerzeugung und Wärmeversorgung - wie Solar- und Windenergie, Wärmepumpen und Fernwärme - könnten bessere Kosten-, Energie- und Emissionsvorteile bieten und auch die Sicherheitsrisiken verringern^.3

Polen wird daher ermutigt, sauberen Wasserstoff vorrangig in Sektoren einzusetzen, in denen es nichts zu bereuen gibt, damit die bestehenden Industrien mit der Dekarbonisierung beginnen können, ohne ihren Betrieb zu gefährden. Sauberer Wasserstoff ist ein wesentliches Instrument zur Verringerung der Emissionen in bestimmten Sektoren, aber er sollte nicht wahllos in allen Sektoren eingesetzt werden, als ob jede potenzielle Endanwendung den gleichen Wert hätte, insbesondere in Anbetracht der begrenzten heimischen Ressourcen.

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Abbildung 1: CATF Prioritätenliste der potenziellen Endverbrauchssektoren für sauberen Wasserstoff.

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Polen hat das Potenzial, Initiativen zum Aufbau eines sauberen Wasserstoff-Ökosystems in Zusammenarbeit mit reuelosen Abnehmern zu nutzen. Ein Beispiel dafür ist die Einrichtung von Hydrogen Valleys, regional zusammenhängenden Netzwerken von Wasserstoffproduktion, -verteilung und -endverbrauchsinfrastruktur. Solche groß angelegten Demonstrationsprojekte, die die gesamte Wertschöpfungskette abdecken, haben das Potenzial, ein sauberes Wasserstoffnetz von unten nach oben aufzubauen und zu skalieren, das sich um die Endverbrauchssektoren der Schwerindustrie gruppiert, die das Molekül am meisten benötigen. Polen plant mindestens fünf nationale ^{Wasserstoff-Valleys4}, und bisher wurden über 10 Valley-Vereinbarungen ^{angekündigt5}. Die politischen Entscheidungsträger müssen dafür sorgen, dass die Sektoren, die nichts zu bereuen haben, im Mittelpunkt dieser Entwicklungen stehen und landesweit gut koordiniert werden, um ihren Erfolg zu gewährleisten^.6

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Abbildung 2: Konzept des Hydrogen Valley

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2. Konzentration auf Segmente des Verkehrssektors, in denen sauberer Wasserstoff am dringendsten benötigt wird

Zusätzlich zu den Sektoren, in denen es nichts zu bereuen gibt, wird sauberer Wasserstoff wahrscheinlich für die Dekarbonisierung von Segmenten des Verkehrssektors - wie Seeschifffahrt, Luftfahrt und möglicherweise Teile des schweren Straßenverkehrs - benötigt, in denen eine Elektrifizierung schwierig oder nicht durchführbar ist.

In der Luftfahrt wird sauberer Wasserstoff benötigt, um nachhaltige Flugkraftstoffe auf Biomassebasis (Bio-SAF) zu verbessern, um Düsentreibstoff aus Wasserstoff und abgeschiedenem Kohlenstoff zu synthetisieren (synthetischer SAF) und um möglicherweise Flugzeuge anzutreiben, die Wasserstoff direkt als Treibstoff verwenden. Die Ausgangsstoffe für Biomasse sind jedoch begrenzt, und die Herstellung synthetischer Kraftstoffe ist derzeit technisch und wirtschaftlich schwierig.

Sauberes Ammoniak ist ein starker Anwärter für einen nachhaltigen Kraftstoff in der Seeschifffahrt, solange es aus sauberem Wasserstoff hergestellt wird und die verfügbaren Mengen nicht von anderen derzeitigen Ammoniakanwendungen abzieht. Ein weiterer kohlenstoffarmer Treibstoff könnte Methanol sein, und viele Frachtschiffe, die heute gebaut werden, verfügen über eine Dual-Fuel-Fähigkeit, um in Zukunft eine Mischung aus Erdöl und Methanol zu verwenden. Allerdings müssten für den Methanolproduktionsprozess "nachhaltige" Kohlenstoffatome beschafft werden, um sicherzustellen, dass es sich um einen kohlenstoffarmen Kraftstoff handelt, und diese sind möglicherweise nur in begrenztem Umfang verfügbar.

Im Straßenverkehr können Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge für den Langstreckenverkehr neben batterieelektrischen Fahrzeugen eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung von Lkw und anderen schweren Straßenfahrzeugen spielen. Die Umsetzung in Polen wird jedoch letztlich von mehreren Faktoren abhängen, darunter Kosten, Verfügbarkeit von Kraftstoffen und Betankungsinfrastruktur und Emissionen über den gesamten Lebenszyklus. Andere Straßenfahrzeuge, wie z. B. leichte Pkw, könnten davon profitieren, wenn sie aus Kosten- und Skalierbarkeitsgründen der Elektrifizierung als primärem Weg zur Dekarbonisierung den Vorrang geben.

In Anbetracht seiner etablierten und bedeutenden Industrien in diesen drei hervorgehobenen Transportsegmenten sollte Polen überlegen, wie es die Verfügbarkeit von sauberem Wasserstoff für seine zukünftige Dekarbonisierung priorisieren wird, wenn die damit verbundenen wasserstoffbasierten Transporttechnologien zu wachsen beginnen.

3. Umsetzung eines Konzepts der technologischen Optionalität für die Erzeugung von sauberem Wasserstoff

Die PHS hat bereits angedeutet, dass sie bei der heimischen Produktion von sauberem Wasserstoff einen Ansatz der technologischen Optionalität verfolgen wird. Ein solcher Ansatz wird alle verfügbaren sauberen Produktionswege nutzen, um angesichts der begrenzten heimischen Energieressourcen, über die Polen - und Europa insgesamt - verfügt, eine ausreichende Versorgung sicherzustellen. SMR/ATR mit CO2-abscheidung hat beispielsweise das Potenzial, im Vergleich zu elektrolytischem Wasserstoff schnell skaliert zu werden, da die Reformiertechnologie ausgereifter ist und die Energiequelle heute leichter verfügbar ist. Darüber hinaus könnte die kurz- bis mittelfristige Nutzung knapper erneuerbarer Energien zur Wasserstofferzeugung aus Sicht des Ressourceneinsatzes kontraproduktiv sein, insbesondere solange das nationale Stromnetz noch dekarbonisiert werden muss.

Jeder produzierte saubere Wasserstoff sollte an den Verdiensten um die Verringerung der Treibhausgasemissionen gemessen werden, die auf einer strengen Emissionsrechnung beruhen. CATFDas Tool zur Lebenszyklusanalyse (LCA)⁷ ermöglicht es den Nutzern, verschiedene Emissionsprofile zu berechnen und zu vergleichen, die mit den Wegen des gelieferten sauberen Wasserstoffs verbunden sind, von der Produktion bis zum Transport, um die Emissionen über die gesamte Wertschöpfungskette zu erfassen. Polen wird ermutigt, mit seinen Nachbarn, der EU und potenziellen Handelspartnern zusammenzuarbeiten, um einen kollektiven Zertifizierungsrahmen für sauberen Wasserstoff und strenge Normen einzuführen, damit jeder in Polen produzierte oder nach Polen gelieferte saubere Wasserstoff wirklich kohlenstoffarm ist.

Polen muss dafür sorgen, dass ein Konzept der Technologieoptionalität wirksam umgesetzt wird, das das Risiko des Wettbewerbs und der Abwägung zwischen einer Produktionstechnologie und einer anderen verringert und eine rechtzeitige und wirksame Skalierung des Marktes für sauberen Wasserstoff ermöglicht.

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Abbildung 3: Wege der sauberen Wasserstofferzeugung

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4. Planen Sie sorgfältig und genau für alle Wasserstofftransporte und den Handel

Bei der Festlegung von Zielen für sauberen Wasserstoff sollte Polen seinen nationalen Wasserstoffbedarf sorgfältig prognostizieren und ermitteln, welcher Anteil durch die heimische Produktion gedeckt werden kann und welcher Anteil importiert werden muss. Etwaige Defizite in der heimischen Produktion sollten durch die kosten- und energieeffizientesten Methoden des Imports aus nahe gelegenen Regionen gedeckt werden.

CATF Die^Analyse8 kommt zu dem Schluss, dass der Transport von Wasserstoff in großem Maßstab aufgrund der inhärenten Eigenschaften des Moleküls eine Herausforderung darstellt und dass die kosteneffizientesten und energieeffizientesten Transportmethoden aus nahe gelegenen Ländern oder Regionen entweder über Pipelines oder den Seetransport von sauberem Ammoniak zur direkten ^Verwendung9 (z. B. zur Verwendung in der Düngemittelproduktion oder als Schiffskraftstoff) erfolgen werden. Im Vergleich zu anderen Importmethoden per Schiff, wie z. B. Flüssigwasserstoff oder flüssiger organischer Wasserstoffträger (LOHC), ist der Transport von Ammoniak per Schiff und Lkw viel billiger und stabiler. Außerdem verfügt Ammoniak bereits über ein etabliertes Transportnetz und eine etablierte Wertschöpfungskette, die schneller skaliert werden können, um das potenzielle Wachstum für die Verwendung als dekarbonisierter Brennstoff und Ausgangsstoff zu ermöglichen.

Wo Wasserstoffimporte notwendig sind, wird der Transport über Pipelines aus nahe gelegenen Nachbarländern empfohlen, insbesondere wenn die Importentfernungen relativ kurz sind. Grenzüberschreitende Kooperationsprojekte, wie z.B. internationale Hydrogen Valleys, können dazu beitragen, solche Bemühungen zu straffen und Umsetzungsbarrieren abzubauen^.10 Um kostspielige, aber letztlich erfolglose Unternehmungen und gestrandete Vermögenswerte zu vermeiden, muss Polen die effizientesten Wege für den Import von Wasserstoff und Ammoniak sorgfältig bewerten und auswählen und sich eng mit internationalen Projekten abstimmen, bevor irgendwelche bedeutenden Investitionen getätigt werden.

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Abbildung 4: Transport- und Speicherpfade für Wasserstoff

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5. Nutzung der verfügbaren Mechanismen zur Unterstützung der vielversprechendsten sauberen Wasserstoffprojekte

Polen sollte die bestehenden Unterstützungsmechanismen auf ^EU11-, nationaler und regionaler Ebene nutzen und die Einrichtung zusätzlicher Mechanismen in Betracht ziehen, die die vielversprechendsten sauberen Wasserstoffprojekte unterstützen. Solche Projekte sollten die Entwicklung und den Einsatz der gesamten Wertschöpfungskette für sauberen Wasserstoff abdecken, von der Produktion über den Transport bis hin zum Einsatz bei Abnehmern. Polen muss eng mit Beamten auf EU-Ebene zusammenarbeiten, um sich für die notwendige Unterstützung für die Entwicklung seiner sauberen Energiewirtschaft als vorrangiger Mitgliedstaat einzusetzen^.12

Vorzeigeprojekte sollten identifiziert und priorisiert werden, um etwaige Hindernisse für den Zugang zu einer solchen Unterstützung zu beseitigen. So sollte jede öffentliche Finanzierung, die für die Entwicklung von sauberem Wasserstoff relevant ist, für alle Formen von Wasserstoff offen sein, die wirklich kohlenstoffarm sind, und zwar auf der Grundlage von Projekten, die die Dekarbonisierung vorantreiben (und nicht auf der Grundlage einer willkürlichen Farbkodierung) und die saubere Wasserstoffwirtschaft zeitnah und effizient ausbauen.

Polen muss die relevanten nachfrageseitigen Industrien aus den Sektoren, in denen es keine Reue gibt, in die Planung und Umsetzung von sauberem Wasserstoff einbeziehen und sich um den Aufbau öffentlich-privater Partnerschaften bemühen, um die Abnahme zu gewährleisten und die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass Projekte eine endgültige Investitionsentscheidung treffen.

Darüber hinaus muss Polen auch die sozioökonomischen Auswirkungen eines sauberen Wasserstoffprojekts berücksichtigen, um lokale Unterstützung zu gewinnen und regionale Vorteile aufzuzeigen, einschließlich der Vorteile für die lokalen Arbeitskräfte und die Wirtschaft, und um sicherzustellen, dass alle Wasserstoffentwicklungen ökologische Vorteile wie verbesserte Luftqualität, Wasserverfügbarkeit und -sicherheit bringen.

Weitere Informationen finden Sie unter A Vision for Poland's Clean Energy Transition.

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HABEN FRAGEN?

Für weitere Informationen über diese Arbeit wenden Sie sich bitte an:

Alex Carr: [email protected]

Tamara Lagurashvili: [email protected]