Flexible Energie

Gemeinsam in die Zukunft

Wenn einzelne Teilbereiche der Energiewirtschaft miteinander verknüpft werden, spricht man von Sektorkopplung. Sie gilt als wichtiger Baustein der Energiewende – ist jedoch nicht einfach umzusetzen. Deutschland kann nicht genug klimaneutralen Strom herstellen

Von Stefan Sagmeister

Die gute Nachricht: Mehr als die Hälfte des in den ersten sechs Monaten dieses Jahres erzeugten Stroms kam aus Erneuerbare-Energien-Anlagen. Genau 51,8 Prozent waren es nach jüngsten Zahlen des Statistischen Bundesamtes, ein neuer Rekord im Sektor Stromerzeugung. Ein großer Teil des klimaneutralen Stroms wird dabei direkt an die Haushalte und die Industrie geliefert. Die schlechte Nachricht: In den Sektoren Wärme und Verkehr sieht es anders aus. Hier dominieren immer noch klimaschädliches Erdgas und Erdöl.

Deutschland hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 eine CO2-freie Energieerzeugung zu betreiben. Dabei ist grüne Stromerzeugung essenziell für die Erreichung der deutschen Klimaziele. Denn CO2-frei soll nicht nur die Stromerzeugung werden. Auch der Wärmebereich, also alles, was mit Heizen zusammenhängt, der Verkehr und alle Industrieprozesse sollen einmal CO2-neutral oranisiert werden. Sektorkopplung heißt das Stichwort.

Von dieser ist Patrick Graichen, Direktor der Berliner Politikberatung Agora Energiewende, überzeugt. „Im Einfamilienhaus und im Verkehr wird die Antwort die Elektrifizierung sein, wenn wir dort null CO2-Ausstoß anstreben.“ Doch laufen hierzulande die einzelnen Sektoren noch immer nebeneinander her. Ein Kraftwerk produziert Strom für Industrie und Haushalte, die Heizung läuft mit Gas oder Öl, der Individualverkehr wird meist mit Benzin oder Diesel betrieben. Dass Strom beim Heizen oder für die Mobilität zum Einsatz kommt, ist eher die Ausnahme. Doch mithilfe der Sektorkopplung soll in Zukunft das Bild ein anderes sein.

Das sieht auch die Politik so. „Die Sektorkopplung ist Voraussetzung für die Dekarbonisierung im Wärme- und Mobilitätssektor und in der Industrie“, heißt es in einem offiziellen Regierungsbeschluss. Verabschiedet wurde dieser kurz vor der parlamentarischen Sommerpause bei einer Besprechung von Bundeskanzlerin Angela Merkel (CDU) mit den Regierungschefs der Bundesländer.

Für die Verknüpfung der Stromerzeugung mit den Sektoren Wärme und Verkehr soll vor allem sogenannter Überschussstrom genutzt werden. Zu gewissen Zeiten – vor allem nachts oder an Feiertagen – erzeugen die Kraftwerke und Ökostromanlagen oftmals mehr Strom als benötigt wird. Die Menge des Überschussstroms soll durch den geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien immer mehr steigen. Läuft der überschüssige Ökostrom vermehrt in die Bereiche Wärme und Verkehr, sinken auch dort die CO2-Emissionen stetig, so die Idee.

Der Überschussstrom kann weiterhin durch Power-to-X-Verfahren in gasförmige oder flüssige synthetische Brenn- und Kraftstoffe umgewandelt werden (siehe Kasten). Vor allem auf Wasserstoff setzt die Politik große Hoffnungen. Dieser kann mittels Ökostrom CO2-neutral hergestellt werden und zu Teilen im Erdgasnetz gespeichert werden. Wenn die Ökostromproduktion wetterbedingt lahmt, kann auf den gespeicherten Wasserstoff zurückgriffen werden.

Das Problem: So viel Ökostrom, wie für die Sektorkopplung benötigt, kann in Deutschland nicht hergestellt werden. „Wir brauchen für den zusätzlichen Strombedarf für Wärme, Verkehr und die Wasserstoffproduktion fast die doppelte Strommenge beziehungsweise eine Vervierfachung der Ökostrommenge bis 2050“, sagt Patrick Graichen. Laut dem Energieverband BDEW wurden 2019 in Deutschland knapp 512 Milliarden Kilowattstunden Strom verbraucht. An die 900 bis 1000 Milliarden Kilowattstunden werden aber laut Graichen für eine erfolgreiche Sektorkopplung benötigt. „Wir können in Deutschland rund 800 Milliarden Kilowattstunden an erneuerbaren Strom in Deutschland erzeugen, das ist viel, aber auch das Limit.“

In der Diskussion ist daher der Import von grünen Wasserstoff, also Wasserstoff, der mit Ökostrom hergestellt wurde. Das hat auch die Bundesregierung in ihrer im Sommer vorgestellten „Nationalen Wasserstoffstrategie“ festgehalten. „Um den zukünftigen Bedarf zu decken, wird der überwiegende Teil der Wasserstoffnachfrage aber importiert werden müssen und kann nicht nur mit der lokalen Erzeugung von grünem Wasserstoff bedient werden“, heißt es darin.
Und die Regierung handelt. Am 10. September setzte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek (CDU) im Beisein der australischen Botschafterin Lynette Wood ihre Unterschrift unter eine Vereinbarung über den Import von Wasserstoff aus Down Under. In der Diskussion um Wasserstoff-Ressourcen wird auch auf sonnenreiche Staaten wie Marokko oder auf Länder im arabischen Raum verwiesen.

Graichen befürwortet prinzipiell den Import von Wasserstoff, sieht aber bei den genannten Ländern noch viele Fragezeichen. „Ich denke eher an den Import von Wasserstoff aus Norwegen, der in Offshore-Windparks erzeugt wurde. Ich kann mir auch große Importmenge aus Südeuropa vorstellen, Spanien hat gerade eine sehr ambitionierte Wasserstoff-Strategie beschlossen.“ Er befürwortet in diesem Zusammenhang den Aufbau eines europäischen Wasserstoffnetzes vergleichbar dem Erdgasnetz.

Das größte Hindernis in Sachen Sektorkopplung ist laut Graichen allerdings nicht der fehlende Wasserstoff, sondern, dass in Deutschland der Strom zu teuer ist, um gegen fossile Brenn- und Kraftstoffe zu konkurrieren. Das liege vor allem an Abgaben und Umlagen, die vom Staat auf den Strompreis draufgepackt würden. Zwar hat die Bundesregierung für das kommende Jahr eine CO2-Steuer für fossile Energieträger beschlossen, doch ist die Wirkung wegen deren billigen Preise überschaubar. „Wenn der Liter Diesel an der Tankstelle statt 1 Euro dann 1,08 Euro kostet, ändert das nichts.“ Um die Sektorkopplung attraktiv zu machen, darf Strom nicht teurer sein als das Konkurrenzprodukt. „Dann darf beispielsweise der Wärmepumpenstrom nicht mehr kosten als Öl und Gas.“

Auch für die Wasserstoffproduktion ist der benötigte Strom zu teuer. Es gibt zwar zahlreiche Prototypen, aber von einem kommerziellen Betrieb sind die Power-to-X-Anlagen noch weit entfernt. „Wenn der Strom für die Elektrolyseure mit allen üblichen Abgaben belegt wird, rechnet sich das nicht“, sagte unlängst Vorstandsmitglied Urban Keussen vom Oldenburger Energieversorger EWE im Gespräch mit Energie und Management. „Da haben die politisch Verantwortlichen noch Hausaufgaben zu erledigen.“ Um die Produktion von Wasserstoff in Gang zu bringen, müsse sie „aktiv angereizt“ werden, sagt Keussen.

— Stefan Sagmeister ist Chefredakteur von Energie & Management
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Zukunft ERDGAS e. V.

Stichwort: Power-to-X

Unter Power-to-X fasst man die verschiedenen Umwandlungsformen von Strom in gasförmige oder flüssige Energieträger (X) zusammen. So wird bei Power-to-Gas Strom genutzt, um aus Wasser mittels Elektrolyse die Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Der Wasserstoff kann wiederum in Strom oder Wärme umgewandelt werden. Bei Power-to-Liquids wird durch den Stromeinsatz vor allem flüssiges Methanol gewonnen, das als Kraft- oder Brennstoff eingesetzt werden kann. Eine weitere Form ist Power-to-Heat. Dabei wird nach dem Prinzip des Wasserkochers Wasser mithilfe von Strom erhitzt und so Wärme erzeugt. Oftmals wird die Wärme in großen Tanks gelagert und bei Bedarf in ein Fernwärmenetz eingespeist. Power-to-X-Verfahren sind allerdings nur nachhaltig, wenn dafür grüner Strom, also Strom aus regenerativen Quellen, zur Umwandlung eingesetzt wird. Der Nachteil von Power-to-X ist, dass beim Umwandlungsprozess Energie verloren geht. Der Wirkungsgrad der neuen Produkte ist somit immer niedriger, als wenn der Strom direkt genutzt wird, etwa für E-Autos.
                 

Wundermittel für den Wandel

Grüner Wasserstoff könnte ein Ausweg aus der Klimakrise sein. Deutschland sucht dafür Handelspartner, auch in Russland

Wasserstoff (H2 )gilt als neue Allzweckwaffe bei der Energiewende. Wo die Nutzung von Ökostrom aus Sonne und Wind an ihre Grenzen stößt, kann dieser in Wasserstoff umgewandelt werden, dessen Einsatz keine technischen Grenzen gesetzt sind. Flugzeuge zum Beispiel werden wohl nie mit schweren Elektrobatterien abheben können, wohl aber mit Wasserstoff. Der Bedarf ist riesig, vor allem in der Grundstoffindustrie, das Erzeugungspotenzial hierzulande aber begrenzt. Denn für die Produktion ist aufgrund der hohen Umwandlungsverluste ein extrem starker Zuwachs erneuerbarer Energien notwendig, für die mancherorts mittlerweile die Flächen knapp werden.

Deswegen hat sich die Bundesregierung mit ihrer nationalen Wasserstoffstrategie im Juni nur relativ bescheidene Ziele für den Aufbau einer heimischen Wasserstofferzeugung bis 2030 gesetzt. Der Großteil des alternativen Energieträgers wird laut Strategie importiert werden müssen. Zum Teil aus den Ländern, von denen wir Deutschen heute schon unser Öl und Gas beziehen.

In den vergangenen Wochen wurden Vertreter der Bundesregierung nicht müde, internationale Partnerschaften beim Thema Wasserstoff anzuleiern, insbesondere mit den Nordsee-Anrainerstaaten und Südeuropa, aber auch mit Marokko und Australien sowie der Ukraine und sogar Russland. Für diese Kooperationen stehen bis 2023 zwei Milliarden Euro aus dem Konjunkturpaket zur Überwindung der Coronakrise im Nachtragshaushalt bereit. Das Bundesumweltministerium baut derzeit ein Sekretariat unter Führung der Entwicklungshilfegesellschaft GIZ auf, das alle internationalen Aktivitäten koordinieren soll.

Bilaterale Regierungsgespräche über eine Wasserstoffallianz laufen zunächst mit unmittelbaren Nachbarn wie Frankreich. Zeitgleich mit dem Beschluss der Wasserstoffstrategie hat die Bundesregierung auch eine Absichtserklärung für eine deutsch-marokkanische Wasserstoff-Initiative und den Bau der ersten industriellen Anlage in Afrika unterzeichnet. Am 10. September vereinbarten Deutschland und Australien eine zweijährige Machbarkeitsstudie zu einer deutsch-australischen Lieferkette für Wasserstoff auf Basis erneuerbarer Energien. Der Bund lässt sich die Studie 1,5 Millionen Euro kosten.
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Tagesspiegel Background
Von besonderer Bedeutung ist für die Bundesregierung, langjährige Handelsbeziehungen mit Exporteuren fossiler Energien mithilfe des Wasserstoffs durch die Energiewende hindurch zu erhalten. In diesem Sinne traf sich Ende August die „AG Wasserstoff und neue Gase“ des Deutsch-Russischen Rohstoff-Forums zu ihrer Auftaktsitzung. Dabei waren hochrangige Vertreter beider Energieministerien. Sie wollen Konzepte und eine Strategie für die Erzeugung, den Transport und den Handel entwickeln und bilaterale Pilotprojekte initiieren. Anfang Dezember findet dazu die erste Deutsch-Russische Wasserstofftagung statt.

Russland habe, so hieß es auf dem Forum, in seiner kürzlich veröffentlichten Energiestrategie die Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft verankert und arbeite ebenfalls an einer Wasserstoffstrategie. Bis 2035 will sich der Kreml einen Weltmarktanteil von 15 Prozent sichern. Russland hat den Experten zufolge großes Potenzial, nicht nur für Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, sondern auch für die sogenannte Methan-Pyrolyse. Dabei wird Methan, Hauptbestandteil von Erdgas, thermisch gespalten, wobei zum einen Wasserstoff und zum anderen fester Kohlenstoff entsteht, der sich zu Stahl oder Leichtbaustoffen weiterverarbeiten lässt. Ein Verfahren, das es bislang nur im Labor gibt, dessen Entwicklung aber auch das Bundesforschungsministerium mit Millionen fördert.

„Nach meiner festen Überzeugung besteht in einer gemeinsamen russisch-deutschen Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft eine große Chance für beide Länder, aber auch für Europa und weltweit“, meint Klaus Töpfer, Ex-Bundesumweltminister und Schirmherr des Deutsch-Russischen Rohstoff-Forums. Die heftig umstrittene Gaspipeline Nordstream 2 nach Deutschland, deren Fertigstellung die USA mit allen Mitteln verhindern wollen, um den Europäern ihr eigenes Flüssiggas zu verkaufen, könnte nach Angaben des russischen Staatskonzerns Gazprom ein Gasgemisch mit bis zu 70 Prozent Wasserstoffanteil transportieren.

Der nächste geopolitische Konflikt zeichnet sich hier schon ab. Denn neben Russland will auch die Ukraine, nachdem sich beide Seiten jahrelang um Transitgebühren für Erdgas stritten, Wasserstoff nach Europa liefern. Das ist Teil der Absichtserklärung zur Gründung einer Energiepartnerschaft zwischen Deutschland und der Ukraine, die Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU) Ende August mit seiner Amtskollegin Olha Buslawez unterzeichnete. Bei ihrem Besuch in Berlin sei auch die Zusammenarbeit bei der Entwicklung des Zukunftsthemas Wasserstoff besprochen worden, so das Wirtschaftsministeriums. Für Joachim Pfeiffer, energiepolitischer Sprecher der CDU/CSU-Fraktion, ist die Ukraine neben Nordafrika das „primäre Ziel“.

Der Blick auf Russland verdeutliche, dass die geopolitischen Konsequenzen einer globalen Wasserstoff-Ökonomie von Beginn an mitzudenken und die Energiediplomatie Deutschlands und der EU entsprechend auszurichten sind, empfahl die Stiftung Wissenschaft und Politik im Mai dieses Jahres. Aus außen- und sicherheitspolitischer Sicht sei es wichtig, die Destabilisierung der öl- und gasreichen Länder und ganzer Regionen im Zuge der Energiewende zu verhindern. Diesen Ländern eine Perspektive zu geben verspreche eine dreifache Dividende: in der Klimapolitik, beim Heben von Wasserstoffpotentialen und in der Außenpolitik. Steven Hanke
Foto: Uwe Zucchi/dpa