Wasserstoff in der Industrie – ein Geschäftsfeld von heute?

Viele Unternehmen stehen aktuell vor komplexen Entscheidungen bezüglich ihrer Energieversorgung. Wasserstoffanwendungen stellen hier eine vielversprechende Option dar. Zu empfehlen ist hier eine Einzelfallbetrachtung zur Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff für den energetischen Einsatz, die sowohl die Verbrauchs- und Erzeugungscharakteristik als auch die standortspezifischen Gegebenheiten berücksichtig.

Ist Energiebereitstellung aus Wasserstoff schon wirtschaftlich?

Wasserstoffanwendungen werden immer wieder als Option für den Elektrizitäts-, Wärme- oder Mobilitätsbedarf genannt. Politik und Verbände pochen derzeit darauf, den im großen Maßstab produzierten Wasserstoff zunächst stofflich zu nutzen. Es wird sich voraussichtlich erst in einigen Jahren lohnen, Wasserstoff für die energetische Nutzung zu beziehen. Allerdings muss die Einsatzmöglichkeit technisch bereits jetzt berücksichtigt werden.

Wie könnte ein solches Projekt aussehen?

Typischerweise könnte so ein Projekt mit einem eigenen Elektrolyseur, einem Wasserstoffspeicher und einem H₂-Verbraucher (zum Beispiel einer Brennstoffzelle, einem H₂-Motor oder einer H₂-Tankstelle) ausgestaltet sein. Zum Einsatz kommen zum Beispiel Überschussstrommengen aus einer eigenen Photovoltaikanlage, die nicht im Eigenverbrauch verwendet werden. So sinnvoll das auf dem ersten Blick erscheint, so schwierig ist es oft, das Projekt wirtschaftlich umzusetzen.

Was sind geeignete Rahmenbedingungen?

Solche Projekte stehen und fallen dabei mit der Auslastung der teuersten Komponenten Elektrolyseur und Brennstoffzelle. Dabei gilt, dass zu jedem Zeitpunkt an einem Standort mit entsprechend dimensionierter PV-Anlage entweder zu viel oder zu wenig Strom am eigenen Standort vorhanden ist. Im einen Fall gleicht dies der Elektrolyseur, im anderen Fall die Brennstoffzelle aus. Dies macht deutlich, dass generell in solchen Projekten geringe Auslastungen im Jahresverlauf zu erwarten sind, die hohe Investitionen bei geringem Ertrag mit sich bringen. Eine lange Zeit stehen sowohl Elektrolyseur als auch die Brennstoffzelle still.

Mit Hilfe unserer Tools simulieren wir den Einsatz dieser komplexen Systeme. So haben wir beispielsweise für einen Industriekunden eine Anlage mit Überschussstrom aus einer PV-Anlage sowie einem Wasserstoffsystem, bestehend aus Elektrolyseur, H₂-BHKW (anstatt einer Brennstoffzelle) und Wasserstoffspeicher, für das Jahr 2021 simuliert. Die ursprüngliche Herangehensweise war, dass in Wasserstoffspeichern günstiger große Mengen an Energie gespeichert werden können als in Batteriespeichern. Für eine saisonübergreifende Speicherung des erzeugten Wasserstoffs ist die Menge des Überschussstroms zu gering. Fraglich war daher vor allem das Transferieren von mittäglichen und vor allem wochenendlichen Strommengen in Bedarfszeitfenster.

Als Einzelfallparameter wurde in den Simulationen festgelegt, dass nur dann Wasserstoff ausgespeist wird, wenn sowohl der generierte Strom als auch die erzeugte Wärme am Standort genutzt werden können. Als zusätzliche Maßgabe wurde festgelegt, dass Überschussstrom zu Zeitpunkten mit Wärmebedarf zunächst für Heizzwecke eigesetzt wird.

Ergebnisse

Anhand der Dimensionierungsparameter Nennleistung von Elektrolyseur und H₂-BHKW sowie der Speicherkapazität des Wasserstofftanks wurde das System hinsichtlich der geringsten Wasserstoffgestehungskosten optimiert. Jedoch erwiesen sich alle Szenarien aktuell unter den früher üblichen Vergleichsvarianten als wirtschaftlich schwer darstellbar. 

Wirtschaftlichkeit erhöhen

Auch wenn die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen nicht gleich zu einem befriedigenden Ergebnis führen, heißt das nicht, dass sämtliche Gedanken an eine eigene Wasserstoffproduktion zu verwerfen sind. Es gibt Sekundäreffekte solcher Projekte, welche die Wirtschaftlichkeit verbessern können. Eine solche Möglichkeit stellt beispielsweise die sogenannte intensiven Netznutzung dar.

Die intensive Netznutzung erlaubt eine Erstattung der Netzentgelte von bis zu 90 %, was die Betriebskosten des Unternehmens spürbar senken kann. Dafür müssen verschiedene Kriterien erfüllt werden, wie insbesondere eine jährliche Stromabnahmemenge von mindestens 10 GWh sowie mehr als 7.000 Jahresvolllaststunden (Quotient aus Spitzenleistung und Jahresenergiemenge). Wenn kein entsprechender Lastgang vorliegt, kann (in gewissen Grenzen) die Spitzenleistung reduziert werden bzw. der Strombezug aus dem Netz generell nach oben angepasst werden.

Durch einen Elektrolyseur mit entsprechender Leistung können Täler im Lastgang bei zeitvariablen Stromtarifen zu Niedrigpreisfenstern aufgefüllt werden. Eine eigene Brennstoffzelle oder ein zusätzlicher Batteriespeicher können darüber hinaus auch dabei helfen, eventuelle Lastspitzen zu reduzieren.

Bei Einbezug der durch das Wasserstofferzeugungssystem eingesparten Stromnetzentgelte in die Wasserstoffgestehungskosten, kann sich eine interessante Option für die eigene Energieversorgung oder sogar ein Geschäftsfeld als Wasserstoffproduzent eröffnen. Weitere Aspekte sind aber auch die Erhöhung der Versorgungssicherheit und die Reduzierung der Abhängigkeit von internationalen Versorgungssystemen.

Fazit

Es gibt keine allgemeingültige Antwort auf die Frage, ob sich Wasserstoffanwendungen an einem Industriestandort rechnen oder nicht. Erst durch eine Analyse der technischen, wirtschaftlichen und rechtlichen Ist-Situation des Standorts und den unternehmenspolitischen Zielsetzungen lassen sich konkrete Aussagen treffen.

Was können wir für Sie tun

Die eta Energieberatung berät Sie herstellerneutral. Wir unterstützen Sie gerne bei einer Bewertung Ihrer Situation und erstellen Ihnen eine fundierte technische, wirtschaftliche und rechtlich Bewertung. Sprechen Sis uns gerne unverbindlich an.