Studie zur Energiewende: Elektrifizierung wichtiger als Wasserstoff
Wie lässt sich der knappe grüne Strom am sinnvollsten nutzen, um die Energiewende möglichst effizient über die Bühne zu bekommen? Das haben Forschende nun untersucht. Wasserstoff spielt demnach eine untergeordnete Rolle, eine direkte Nutzung ist effizienter.
Grüner Strom ist der Eckpfeiler für eine erfolgreiche Energiewende.
Foto: PantherMedia / Jens Ickler
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben untersucht, wie der begrenzt verfügbare Strom aus erneuerbaren Quellen optimal und effizient genutzt werden kann. Sie kamen zu dem Schluss, dass die direkte Nutzung von erneuerbarem Strom in vielen Bereichen effizienter ist als die Umwandlung in Wasserstoff oder eFuels. Für die Energiewende in Europa sind jedoch beide Ansätze unverzichtbar. Das Forschungsteam betont, dass es Aufgabe der Politik ist, diese Strategien so einzusetzen, dass sie sich effektiv ergänzen.
Elektrifizierung und Wasserstoff sind Schlüsselstrategien
Ein zentraler Schritt zur Erreichung der Klimaneutralität in der EU ist der rasche Umstieg von fossilen auf erneuerbare Stromtechnologien. Darüber hinaus wird aus Strom erzeugter Wasserstoff in Sektoren, die sich nur schwer elektrifizieren lassen, wie Luftfahrt, Schifffahrt und Chemie, von entscheidender Bedeutung sein. Elektrifizierung und Wasserstoff sind die wichtigsten Strategien, um bis 2050 klimaneutral zu werden.
Forschende des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) haben die Bedeutung dieser Strategien in modellierten Szenarien für die zukünftige Transformation der EU analysiert. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass bis 2050 zwischen 42 und 60 Prozent des Gesamtenergiebedarfs durch Strom und 9 bis 26 Prozent durch Wasserstoff gedeckt werden müssen.
„Frühere Forschungsarbeiten haben bereits gezeigt, dass unser Energiesystem kostengünstig und umweltschonend auf erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne umgestellt werden kann“, Leitautor Felix Schreyer. Schreyer weiter: „Die Frage ist, wie dieser erneuerbare Strom genutzt werden kann, um die Nutzung fossiler Brennstoffe in Gebäuden, im Industrie- und im Verkehrssektor zu ersetzen. Unsere Analyse zeigt, dass die direkte Nutzung von Strom, zum Beispiel durch Elektroautos und Wärmepumpen, für viele Sektoren ganz entscheidend ist, während die Umwandlung von Strom in Wasserstoff nur für wenige Anwendungen wichtig ist“.
Höhere Potenziale für Elektrifizierung
Die in der Fachzeitschrift „One Earth“ veröffentlichte Studie untersucht detailliert, wie Elektrifizierung und Wasserstoffnutzung gemeinsam dazu beitragen können, die EU klimaneutral zu machen. Mit Hilfe des energiewirtschaftlichen Modells REMIND haben die Forscherinnen und Forscher des PIK verschiedene Szenarien analysiert, um plausible Pfade für den Umbau des EU-Energiesystems zu identifizieren. Dabei zeigte sich, dass die Elektrifizierung ein größeres Potenzial hat und Wasserstoffenergie eine spezifischere Rolle spielt als bisher angenommen.
Die Studie stellt fest, dass die direkte Nutzung von Elektrizität in vielen Bereichen vorherrscht, z. B. in Fahrzeugen, bei der Gebäudeheizung und in der Industrie. Wasserstoff und daraus hergestellte synthetische Kraftstoffe werden vor allem in der Luftfahrt, der Schifffahrt, der chemischen Industrie und als Energiespeicher benötigt. Elektrifizierung und Wasserstoffnutzung ergänzen sich weitgehend im Energiemix, nur ein kleiner Anteil von etwa 15 Prozent der Endenergienachfrage ist zwischen ihnen umstritten, insbesondere in Bereichen wie dem Schwerlastverkehr und der industriellen Hochtemperaturwärmeerzeugung.
Ausbau der Stromerzeugung der schnellste und billigste Weg
Gunnar Luderer, Leiter der Gruppe Energiesysteme am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), betont die Bedeutung von erneuerbaren Energien und Elektrifizierung für die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen in der EU. Um klimaneutral zu werden, müsse der Anteil des Stroms am Endenergieverbrauch von derzeit 20 Prozent auf 42 bis 60 Prozent im Jahr 2050 steigen. Dieser Anstieg ist notwendig, weil die Stromtechnologien effizienter werden und zunehmend zur Verfügung stehen.
Bei der Umwandlung in Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe sowie bei deren Verbrennung gehen dagegen erhebliche Energiemengen verloren. Die Studie prognostiziert daher einen Anstieg der Stromnachfrage in der EU bis 2050 um 80 bis 160 Prozent, je nach Umfang der Wasserstoffimporte und der Elektrifizierung in verschiedenen Sektoren. Dies würde eine Verdopplung der derzeitigen Stromerzeugung erfordern.
Was ist für eine erfolgreiche Transformation notwendig?
Die Forschenden diskutieren auch den aktuellen Stand der EU-Politik in Bezug auf Elektrifizierung und Wasserstoff und identifizieren drei wesentliche Säulen für eine erfolgreiche Energiewende. Sie betonen, dass erstens Elektrifizierung und Wasserstoff in den Sektoren Vorrang haben sollten, in denen sie in allen Szenarien bevorzugt werden. Zweitens müssen Barrieren für den Ausbau erneuerbarer Energien abgebaut werden. Drittens ist es wichtig, Anreize für den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur zu schaffen.
„Unsere Studie unterstreicht, dass politische Entscheidungsträger die unterschiedlichen sektoralen Rollen beider Strategien berücksichtigen sollten, indem sie die Elektrifizierung durch elektrische Anwendungen für den Straßenverkehr und das Heizen fördern. Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe sollten hingegen für Anwendungen priorisiert werden, in denen sie unverzichtbar sind“, erklärt Studienleiter Falko Ueckerdt.
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