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22.06.2022

08:16

Gastkommentar-Serie „Zukunft Wasserstoff“

Die Energiekrise macht dezentrale Wasserstoff-Lösungen für Private noch attraktiver

Die Kombination von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen und saisonalen Stromspeichern auf Wasserstoffbasis in Gebäuden sind ein „Dreamteam“ der Energiewende, meint Zeyad Abul-Ella.

Zeyad Abul-Ella ist Gründer und Vorstandsvorsitzender des Berliner Unternehmens HPS Home Power Solutions AG.

Zeyad Abul-Ella

Zeyad Abul-Ella ist Gründer und Vorstandsvorsitzender des Berliner Unternehmens HPS Home Power Solutions AG.

Laut Bundesregierung sollen 80 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms bis 2030 aus erneuerbaren Energien stammen. Bereits im Jahr 2035 soll die Stromversorgung fast vollständig aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. Gleichzeitig wächst der Strombedarf durch die zunehmende Elektrifizierung der Bereiche Wärme und Mobilität.

In der aktuellen Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) wird für das Jahr 2030 ein Strombedarf von 750 Terawattstunden (TWh) unterstellt – Experten gehen sogar von noch höheren Strommengen aus. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien muss dafür von knapp 240 TWh im Jahr 2021 auf knapp 600 TWh im Jahr 2030 deutlich gesteigert werden.

Prognosen zufolge wird sich durch den Einsatz von sechs Millionen Wärmepumpen sowie 15 Millionen Elektroautos bis 2030 der Strombedarf bei den circa 16 Millionen Eigenheimen verdoppeln bis verdreifachen.

Einen wichtigen Beitrag zur Deckung des erhöhten Bedarfs werden dabei Photovoltaik-Dachanlagen leisten. Kombiniert mit Wärmepumpen und saisonalen Stromspeichern wird daraus ein „Dreamteam“ der Energiewende, da somit die Wärmeversorgung im Winter mit Solarstrom aus dem Sommer gedeckt werden kann – ohne die Netze zu belasten oder auf Strom aus Reservekraftwerken angewiesen zu sein.

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    Viele Gebäude mit Photovoltaikanlagen (PV) speisen in der Jahresbilanz mehr Strom in das Netz ein als zur Eigenversorgung des Strom- und Wärmebedarfs benötigt wird. Allerdings geben besonders Photovoltaikanlagen ohne saisonale Speicher Strom oft dann ins Netz, wenn ohnehin ein Überschuss an erneuerbarem Strom herrscht.

    Deutschland steuert auf Winterstromlücke zu

    Dies kann zu negativen Preisen am Strommarkt, gegebenenfalls zu Netzengpässen und Abregelungen von Photovoltaikanlagen führen. Die CO2-Vermeidung ist dann geringer, da erneuerbarer Strom nicht genutzt wird.

    Grafik

    Im Falle eines Unterangebots an erneuerbarer Energie im Stromnetz, wie dies während der Wintermonate häufig der Fall ist, besteht bei Gebäuden mit Photovoltaikanlagen ohne saisonalen Stromspeicher hingegen ein signifikanter Strombedarf, und das zu einer Zeit, in der der Netzstrom CO2-intensiv ist. Im Winter 2020 lag der Anteil der fossilen Energien am Strommix bei mehr als 60 Prozent.

    Ab dem Jahr 2024 soll jede neu eingebaute Heizung auf der Basis von 65 Prozent erneuerbarer Energie betrieben werden. Die monatlichen Zuwächse bei Wärmepumpen und E-Autos liegen im mehrstelligen Bereich, während der Netzausbau sowie die Errichtung von klimafreundlichen Reservekraftwerken Jahrzehnte brauchen. Im Ergebnis steuert Deutschland immer mehr auf eine signifikante Winterstromlücke zu.

    Der Solarstrom in Deutschland wird überwiegend dezentral erzeugt und in die Verteilernetzebene eingespeist. Bei einer örtlich hohen Photovoltaik-Anlagendichte kann dies dazu führen, dass die Stromeinspeisung den Strombedarf im Netzabschnitt übersteigt.

    In diesem Fall müssen Maßnahmen zur Stabilisierung des Verteilnetzes ergriffen werden. So können beispielsweise bei zu viel Solarstromproduktion Photovoltaikanlagen abgeregelt werden.

    Darüber hinaus kann der Netzbetreiber bei einem drohenden Black-out Wärmepumpen im Winter auch zum Schutze des Netzes abschalten und damit ohne die Zustimmung des Besitzers die Heizung ausschalten. Kalte Wohngebäude können die Folge sein.

    Farbenkunde Wasserstoff

    Allgemein

    Wasserstoff kann auf verschiedene Arten hergestellt werden. Je nachdem, wie viel CO2 dabei ausgestoßen wird, wird er als grauer, blauer, türkiser oder grüner Wasserstoff bezeichnet. Die Details.

    Grauer Wasserstoff...

    …wird aus Erdgas oder Kohle hergestellt. Das kostengünstigste Verfahren ist die Dampfreformierung. Dabei wird Erdgas in der Regel unter Hitze in Wasserstoff und CO2 aufgespalten. Bei dieser Methode entstehen erhebliche Treibhausgas-Emissionen, die in die Atmosphäre gelangen. Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zufolge so rund zehn Tonnen CO2. Wasserstoff wird auch dann als „grauer Wasserstoff“ bezeichnet, wenn er per Elektrolyse aus „Graustrom“ hergestellt wird, der „fossil“ produzierten Strom enthält.

    Blauer Wasserstoff...

    …unterscheidet sich von grauem Wasserstoff dadurch, dass bei seiner Gewinnung aus Erdgas das CO2 abgespalten und in unterirdischen Lagerstätten gespeichert wird. So gelangt das CO2 nicht in die Atmosphäre. Die Wasserstoffproduktion kann damit „bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden“, heißt es vom BMBF. Laut Greenpeace sei blauer Wasserstoff jedoch durch die Förderung und den Transport des benötigten Erdgases „mit einem erheblichen CO2-Fußabdruck belastet.“

    Türkiser Wasserstoff...

    … wird wie grauer und blauer Wasserstoff aus fossilem Erdgas gewonnen. Dabei wird Methan thermisch gespalten (Methanpyrolyse). Statt CO2-Emissionen entsteht so ein fester Kohlenstoff, der sich weiter nutzen lässt. CO2-neutral ist das Verfahren daher nur, wenn der feste Kohlenstoff dauerhaft gebunden bleibt.

    Grüner Wasserstoff...

    …wird mit Hilfe von Ökostrom und damit CO2-neutral hergestellt. Dabei wird Wasser per Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Der Wasserstoff wird dann in das Gasnetz eingespeist oder direkt vor Ort als Energieträger genutzt.

    Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung

    Das Ziel beim weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien muss es sein, diese Probleme aufzulösen und ganzjährig eine größtmögliche Versorgung mit lokalen erneuerbaren Energien sicherzustellen, anstatt immer mehr erneuerbare Stromerzeugung abzuregeln.

    Im Zusammenhang mit einem steigenden Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz sowie dem Strombedarf vor Ort wird daher der ganzjährige, lokale Verbrauch von Solarstrom vom eigenen Dach in Gebäuden immer wichtiger.

    Saisonale wasserstoffbasierte Stromspeicher in Gebäuden sind die Lösung

    Neben dem weiteren Netzausbau bietet sich die Nutzung von saisonalen Stromspeichern in Gebäuden an. Sie sichern eine ganzjährige CO2-freie Solarstrom-Versorgung für Gebäude, indem die Überschüsse einer Photovoltaikanlage an sonnenreichen Tagen mittels Elektrolyse lokal als grüner Wasserstoff langfristig gespeichert und im Winter in Form von Strom und Wärme wieder zur Verfügung gestellt werden.

    Einen wichtigen Beitrag zur Deckung des erhöhten Strombedarfs werden Photovoltaik-Dachanlagen leisten. dpa

    Photovoltaik-Dachanlagen

    Einen wichtigen Beitrag zur Deckung des erhöhten Strombedarfs werden Photovoltaik-Dachanlagen leisten.

    Im Vergleich zu üblichen Batterien für Gebäude bietet das System hundertfach mehr Speicherkapazität bei einem Gesamtnutzungsgrad von rund 90 Prozent. Solche Systeme sind am Markt aus deutscher Produktion verfügbar und bereits im Einsatz. Der Einbau kann unmittelbar erfolgen. Genehmigungsverfahren sind nicht erforderlich.

    Dadurch können Gebäude zu einem Puffer für das Stromnetz werden und der Abschaltung von Photovoltaikanlagen sowie einer Überlastung des Stromnetzes entgegenwirken. Die dezentrale Speicherung senkt dabei den Ausbaubedarf im Niederspannungsnetz. Jede selbst verbrauchte und nicht eingespeiste Kilowattstunde minimiert die EEG-Förderkosten.

    Der dezentrale Ausbau von saisonalen Speichern in Gebäuden aktiviert zudem erhebliche private Investitionen in die Energiewende. Hierbei sollten insbesondere Technologien, die auf innovative, nachhaltige saisonale Stromspeicher in Gebäuden setzen, bevorzugt von künftigen Förderprogrammen profitieren. Diese Faktoren wirken sich positiv auf die Strompreisentwicklung aus, die allen zugutekommt.

    Energetische Unabhängigkeit und Planungssicherheit durch dezentrale Eigenversorgung

    Die aktuelle geopolitische Krisensituation führt uns eindringlich den Stellenwert der energetischen Unabhängigkeit, der Versorgungssicherheit und der Preisstabilität vor Augen. Marktumfragen zeigen, dass eine wesentliche Motivation der Bürgerinnen und Bürger für die Installation von kombinierten PV- und Speicheranlagen die Eigenversorgung ist.

    Grafik

    Die selbstbestimmte Erzeugung und Nutzung von nachhaltiger Energie ist der Schlüssel für ein dezentrales Energiesystem, das den Import von Energieträgern so weit wie möglich reduziert. In einer Zeit volatiler Entwicklung von Energiepreisen und einer unsicheren Versorgungssituation bietet ein saisonaler Stromspeicher eine klare Vorhersagbarkeit von Energiebereitstellung und -kosten.

    Und es gibt einen weiteren Aspekt, der in der Gleichung nicht vergessen werden darf: die Zeit! Im Gegensatz zum industriellen Maßstab muss für die saisonalen Stromspeicher nicht erst eine eigene Infrastruktur aufgebaut werden.

    Daher können Eigenheimbesitzer beim Neubau oder der energetischen Sanierung durch den Einsatz erneuerbarer Energie und saisonaler Stromspeicher heute schon Unabhängigkeit und damit Planungssicherheit für ihre Energieversorgung erreichen.

    Dies reduziert sofort den Verbrauch von fossilen Energien und schützt die Umwelt unmittelbar, was in Anbetracht von weniger als acht Jahren bis 2030 auf der CO2-Uhr ein weiterer entscheidender Faktor ist.

    Großes Potenzial

    Durch den modularen Aufbau lassen sich die Wasserstoffspeichersysteme zusätzlich auch im größeren Maßstab einsetzen. Mit dem weiteren Ausbau von saisonalen Stromspeichern entsteht in der Zukunft zudem die Möglichkeit, dass miteinander kommunizierende Cluster als eine Art virtuelles Kraftwerk zusammengeschaltet werden.

    Das Potenzial für den Einsatz von wasserstoffbasierten Heimspeichersystemen in Deutschland sowie ganz Europa ist riesig. Allein in Deutschland gibt es rund 16 Millionen Ein- und Zweifamilienhäuser.

    Jedes Jahr werden mehr als 100.000 Eigenheime neu gebaut; Tendenz steigend. Nimmt man weitere europäische Märkte hinzu, so gibt es nach unserer Schätzung ein theoretisches Potenzial von bis zu 1,5 Millionen Speichersystemen pro Jahr im Segment privater Haushalte.

    Mit dem Einbau eines Ganzjahres-Stromspeichers auf Basis von grünem Wasserstoff nimmt der Verbraucher seine sichere, unabhängige und klimaneutrale Energieversorgung mit Strom und Wärme schon heute selbst in die Hand. Der Ausweg aus der aktuellen Energiekrise wird damit zum Einstieg in die eigene Energiewende.

    Zeyad Abul-Ella ist Gründer und Vorstandsvorsitzender des Berliner Unternehmens HPS Home Power Solutions AG.

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