Australien steht beim globalen Wasserstoffrennen am Scheideweg

Australien steht beim globalen Wasserstoffrennen am Scheideweg Erneuerbare Energien oder fossile Brennstoffe? Die Art und Weise, wie Wasserstoff erzeugt wird, hat einen großen Einfluss auf die Emissionsintensität. Shutterstock 

Es ist sehr aufregend, dass Australien möglicherweise Wasserstoff als sauberen Kraftstoff in großem Maßstab für den Export in Länder wie Deutschland, Japan und Südkorea produziert.

Wasserstoff (H₂) ist ein nützlicher Energieträger und setzt bei der Rückgewinnung dieser Energie kein Treibhausgas frei. Bei der Erzeugung von Wasserstoff kann jedoch Kohlendioxid (CO₂) freigesetzt werden, je nachdem, ob für den Prozess erneuerbare Energien oder fossile Brennstoffe verwendet werden.

Dr. Alan Finkel - Sonderberater der Bundesregierung für emissionsarme Technologie und ehemaliger Chefwissenschaftler - sagte diesen Monat: „Die Welt wird viel Wasserstoff brauchen. Je mehr Möglichkeiten wir haben, diesen Wasserstoff zu bekommen, desto besser.“

Jedoch müssen auch unsere Analyse, heute veröffentlicht, zeigt, dass die Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen erhebliche Risiken birgt. Das Verfahren kann erhebliche Treibhausgasemissionen verursachen - und die Erfassung dieser Emissionen mit einer hohen Rate kann das Verfahren teurer machen als Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien erzeugt wird. Diese Ergebnisse haben große Auswirkungen, da Australien zu einer Wasserstoff-Supermacht werden soll.

Wasserstoff von Kohle oder Gas "reinigen"?

Emissionsfreier „grüner Wasserstoff“ entsteht durch Elektrolyse von Wasser, wenn der Prozess mit erneuerbarer Energie betrieben wird.

Wasserstoff kann auch aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden - einschließlich Kohle und Gas. Dies kann zu vielen CO₂-Emissionen führen, selbst wenn etwas Kohlenstoff aufgefangen und gespeichert wird.

Mehrere Strategiedokumente lassen Australien die Tür offen, um aus fossilen Brennstoffen „emissionsarmen“ Wasserstoff zu produzieren. Dazu gehören die Nationale Wasserstoffstrategie Finkel leitete als Chefwissenschaftler und die Bundesregierung Roadmap für Technologieinvestitionen.

In einer kürzlich Vierteljährlicher AufsatzFinkel sagte, dass CO₂ aus der Wasserstoffproduktion aufgefangen und gespeichert werden muss - in der Tat, so argumentierte er, würden die Importländer darauf bestehen. Dies bedeutet laut Finkel, dass Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen „sauberer Wasserstoff“ wäre.

Die Raten der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) variieren jedoch. Und je höher die Emissionsrate ist, die im Untergrund erfasst und sicher gelagert wird, desto teurer ist der Prozess.

Ein Fokus auf Emissionsintensität

Weltweit sind derzeit nur wenige große Wasserstoffanlagen in Betrieb, und über die in der Praxis erzielten Kohlenstoffabscheidungsraten wird selten berichtet.

Bei der Beurteilung, ob eine Kraftstoffquelle kohlenstoffarm ist, berechnen wir ihre „Emissionsintensität“. Dies bezieht sich darauf, wie viele Kilogramm CO₂ mit der erzeugten Energie verbunden sind.

Unsere Analyse fanden heraus, dass die Emissionsintensität von Wasserstoffproduktionssystemen auf Basis fossiler Brennstoffe selbst bei der Kohlenstoffabscheidung erheblich ist.

Beispielsweise hat die Erzeugung von Wasserstoff aus Kohle, wenn 90% der Emissionen erfasst werden, eine Emissionsintensität, die nicht viel unter der der Verwendung von Gas bei gleichem Energiegehalt liegt. Gleiches gilt für Wasserstoff aus Gas mit einer Einfangrate von 56%.

Unsere Analyse Berücksichtigt auch sogenannte „diffuse Emissionen“, die bei der Gewinnung und Verarbeitung fossiler Brennstoffe entstehen. Sie werden normalerweise ignoriert, sind aber von Bedeutung.

Nach den globalen Rechnungslegungsvorschriften werden die Emissionen aus der Wasserstoffproduktion auf das Inventar des Erzeugerlandes angerechnet. Viele Wasserstoffimporteure, die sich Sorgen über den Klimawandel machen, werden jedoch wissen wollen, welche Emissionen in der Produktion freigesetzt wurden.

Dies kann durch Wasserstoffzertifizierungssysteme erfolgen. Zum Beispiel hat die Europäische Union die Ursprungszeugniszertifikat entwickelt Schema was für die Herkunft des verwendeten Wasserstoffs verantwortlich ist. Es enthält Informationen darüber, ob der Wasserstoff mit erneuerbaren oder nicht erneuerbaren Energiequellen (wie nuklearen oder fossilen Brennstoffen mit CCS) erzeugt wurde.

Nach diesem Schema kann nur Wasserstoff, der aus Erdgas mit einer hohen Kohlenstoffabscheidungsrate (in Richtung 90%) hergestellt wird, als „kohlenstoffarmer“ Wasserstoff bezeichnet werden.

Diese hohen Erfassungsraten werden in angenommen Hauptberichte und nationale Strategien - einschließlich Australiens - wurden jedoch in einem großen kommerziellen Werk nicht erreicht. Japans Tomakomai CCS Demonstrationsprojekt hat eine Erfassungsrate von 90% erreicht - aber bei a sehr hohe Kosten.

Australien steht beim globalen Wasserstoffrennen am Scheideweg Emissionsintensität verschiedener Kraftstoffe. Autoren zur Verfügung gestellt

Nun ein Blick auf die Kosten

Derzeit kostet die Herstellung von Wasserstoff mit fossilen Brennstoffen im Allgemeinen weniger als die Herstellung mit Elektrolyse mit erneuerbaren Energien. Die Kosten für die Elektrolyse mit erneuerbaren Energien sinken jedoch und könnten billiger werden als fossile Brennstoffe mit Optionen zur Kohlenstoffabscheidung, wie die folgende Grafik zeigt.

Unsere Analyse ergab Wasserstoff aus Gas oder Kohle kostet zwischen 1.66 und 1.84 US-Dollar pro Kilogramm, ohne dass der Kohlenstoff aufgefangen und gespeichert wird. Dies liegt zwischen 2.09 und 2.23 US-Dollar pro Kilogramm bei hohen COXNUMX-Abscheidungsraten.

Eine Kohlenstoffstrafe, wie sie in Europa angewendet wird, würde Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen verteuern. Eine Strafe von 50 US-Dollar pro Tonne CO₂ erhöht die Schätzung der zentralen Produktionskosten auf 2.24 bis 3.15 US-Dollar pro Kilogramm.

Zum Vergleich: Australien Roadmap für Technologieinvestitionen Legen Sie ein Ziel für die Herstellung von „sauberem Wasserstoff“ für weniger als 2 AUD pro Kilogramm oder 1.43 USD fest.

Die tatsächlichen Kosten für die Vermeidung von Kohlenstoff mithilfe von CCS variieren stark und sind häufig nicht genau definiert. Aktuelle Kostenprognosen beruhen auf optimistischen Schätzungen der CO₂-Transport- und Lagerkosten und enthalten im Allgemeinen keine Überwachungs- und Verifizierungskosten für die Langzeitlagerung.

Wie ist das alles mit „grünem“ Wasserstoff zu vergleichen?

Unsere Analyse fanden heraus, dass die mittlere Schätzung für die auf erneuerbaren Energien basierende Elektrolyse von 3.64 USD pro Kilogramm heute auf deutlich unter 2 USD pro Kilogramm fällt.

Die Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff mit erneuerbaren Energien hängen hauptsächlich von den Stromkosten sowie den Kapitalkosten und der intensiven Nutzung des Elektrolyseurs ab. Die Kosten für Solar- und Windkraft sind in den letzten zehn Jahren dramatisch gesunken, und das auch Trend dürfte sich fortsetzen.

Wenn Elektrolyseure in großem Maßstab eingesetzt werden, können ihre Kosten schnell sinken, was die Kosten für grünen Wasserstoff senkt.

Mehr kann nicht besser sein

Was bedeutet das alles? Wenn Australien die Erzeugung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen vorantreibt, ergeben sich zwei mögliche Risiken.

Wenn die Kohlenstoffabscheidungsraten niedrig sind, können wir uns auf ein neues emissionsreiches Energiesystem einlassen. Und wenn die Erfassungsraten hoch sind, können diese Produktionsanlagen immer noch nicht mehr wettbewerbsfähig sein. Dies erhöht das Risiko von gestrandeten Vermögenswerten - Investitionen mit kurzer wirtschaftlicher Lebensdauer, die keine rentable Rendite erzielen.

Investitionsentscheidungen für die großtechnische Wasserstoffproduktion werden letztendlich von den Unternehmen auf der Grundlage der wirtschaftlichen Rentabilität getroffen. Die Regierungen spielen jedoch schon früh eine wichtige Rolle, da sie Erwartungen setzen und Pilotprojekte unterstützen. Die Route der fossilen Brennstoffe wird zu einer riskanteren Wette.Das Gespräch

Über den Autor

Thomas Longden, Fellow, Crawford School of Public Policy, Australische Nationale Universität; Fiona J Beck, Senior Research Fellow, Australische Nationale Universitätund Frank Jotzo, Direktor, Zentrum für Klima- und Energiepolitik, Australische Nationale Universität

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