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Stoff der Träume

2020-06-20 07:59:08 de.china-info24.com Frank Sieren

China bleibt auch nach der Krise ein riesiger Markt für Zukunftstechnologien. Das gilt auch für den Wasserstoff, in den Peking nun verstärkt investiert und der das Potential hat, die Energiewirtschaft in Zeiten des Klimawandels umzukrempeln. Deutschland kann dabei vorne mitmischen. Vorausgesetzt, wir setzen bei „grünem Wasserstoff“ früher als in der E-Industrie globale Akzente, meint Frank Sieren.

Wasserstoff gilt derzeit als der große Hoffnungsträger für die Energiewende. Das flüchtige Gas, das sich bei minus 253 Grad verflüssigt, könnte Brennstoffe wie Öl und Erdgas ersetzen. Für die Automobilbranche ist Wasserstoff jedoch nicht der oft heraufbeschworene Retter. Der Vorteil von Wasserstoff-Autos ist neben der besseren Umweltbilanz ein minutenschnelles Auftanken. Für PKWs ist die Energieeffizienz allerdings einfach noch zu niedrig. Bei der Umwandlung von Strom zu Wasserstoff und zurück zu Strom geht zu viel Energie verloren. Außerdem gibt es für Autos mit Brennstoffzellen bisher noch viel zu wenige Tankstellen. Anders sieht es dagegen beim Schwerlastverkehr mit LKWs aus. Zwei Fünftel aller Klimagas-Emissionen im Verkehr gehen auf Laster zurück. Hier können Wasserstoffantriebe eher Sinn machen. Zum einen lohnt sich der batterieelektrische Antrieb bei LKWs kaum, da E-Akkus tonnenschwer sein müssen, lange zum Nachladen brauchen und man am Ende doch nur eine geringe Reichweite erzielt. Wasserstoff ist dagegen leichter. Die Tanks lassen sich in einem großen Fahrzeug besser unterbringen. Auch benötigt man kein riesiges Netz an Wasserstofftankstellen. Es reichen strategische Nachfüllstationen an Autobahnknotenpunkten. Gerade für längere Strecken sind Wasserstoff-LKWs klar im Vorteil und eine echte Alternative zu Diesel und Batterie. Aufgrund seiner geringen Masse eignet sich Wasserstoff theoretisch auch gut als Antrieb für Flugzeuge und Schiffe. Laut einer Studie des Hydrogen Council zufolge - unterstützt durch das Unternehmen McKinsey - könnten sich die Kosten für Wasserstoff bis 2030 um bis zu 50 Prozent verringern. Dadurch würde Wasserstoff gegenüber anderen kohlenstoffarmen Alternativen und eventuell sogar gegenüber Benzin und Diesel wettbewerbsfähig.

Doch dazu braucht es eine flächendeckende Infrastruktur für die Verteilung von H2. Sie ist jedoch in noch keinem Land der Welt besonders fortgeschritten – auch in China nicht.

Allerdings ist Asien auch in diesem Thema weiter als der Westen. Japan etwa will sich zu den wegen Corona verschobenen Olympischen Spielen im kommenden Jahr als "Wasserstoff-Nation" präsentieren, zum Beispiel mit 100 Wasserstoffbussen von Toyota, die dann durch Tokio rollen sollen. Der südkoreanische Hyundai-Konzern möchte bereits bis 2025 Brennstoffzellenfahrzeuge auf das Preisniveau von E-Autos zu drücken. Und Südkorea insgesamt hat immerhin schon den Plan, in den kommenden 20 Jahren 6,2 Millionen Brennstoffzellenautos und 41.000 Busse mit Brennstoffzellen auf die Straße zu bringen und 15 Gigawatt Strom mit Brennstoffzellen herzustellen. In diesem langen Zeitraum kann sich allerdings technologisch noch viel verändern – sowohl beim Wasserstoff als auch bei den Technologien, die im Wettbewerb zu Wasserstoff stehen. China plant sogar bis 2050 zehn Prozent seiner Energieversorgung mit Wasserstoff zu bestreiten, vor allem in der Industrie und im Transportwesen.

Was in China geschieht zählt doppelt, denn das Land ist mit seiner schieren Größe und des wachsenden Einflusses seiner Industriepolitik der potentiell größte Markt für Wasserstoff-Technologie weltweit. Bei der diesjährigen Sitzung des Nationalen Volkskongresses (NVK) hat Peking erstmals die Förderung der Wasserstoff-Industrie und auch die Produktion von Brennstoffzellen in den offiziellen Entwicklungsplan mit aufgenommen, gleichberechtigt mit Energiequellen wie Kohle, Öl, Gas, Wind- und Wasserkraft, Atom- und Sonnenenergie. Bis zu 17 Milliarden Dollar sollen in die Entwicklung der Wasserstoffindustrie fließen. Auch die Subventionen, die es bisher für E-Fahrzeuge gab, sollen in Zukunft verstärkt in Brennstoffzellen-Autos umgeleitet werden. Bisher fahren gerade mal rund 5.000 Wasserstoff-Fahrzeuge auf Chinas Straßen. Bis 2025 sollen es schon 50.000 sein. Vor allem Lastwagen. Und 2030 eine Millionen, schreibt die staatliche Nachrichtenagentur Xinhua.

Das bedeutet nicht, dass sich China von einer Batterietechnologie abwendet, die schon als überholt gilt, sondern nur, dass man die Möglichkeiten des Wasserstoffs nicht verpassen will. Mit seinem „nationalen, strategischen Plan für die Entwicklung der industriellen Wasserstoffindustrie“ macht China natürlich Druck auf die internationale, und vor allem auch die deutsche Wasserstoffindustrie. Angeblich hat ein Besuch in einem japanischen Toyota-Werk 2018 Chinas Premierminister Li Keqiang dazu inspiriert, den Fokus noch mehr auf die Wasserstoff-Technologie zu richten. Nach seiner Rückkehr soll er aus mehreren Ministerien und Kommissionen ein Team zusammengestellt haben, um die H2-Industrie in China voranzubringen. In einem ersten Schritt sollen nun mehr und mehr Kommunen ihre Nutzfahrzeuge auf Wasserstoff-Technik umrüsten. Wasserstoff-Tankstellen werden vom Staat gefördert. Auch im neuen Fünf-Jahres-Plan, der derzeit von Peking entworfen wird, dürfte die Wasserstoff-Technologie eine Schlüsselrolle bekommen. „Ich glaube, das wird eines der wichtigsten politischen Dokumente unserer Zeit“, sagt Gavin Thompson von der Energieberatungs-Agentur Wood Mackenzie Asia Pacific.

Der Wasserstoff hat durchaus Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien, besonders in der Stahl- Zement und Chemieindustrie, im Wärmesektor aber auch im Lastenverkehr kann er in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen. Wasserstoff ist jedoch in dem Sinne keine Energiequelle, sondern ein Energieträger, der erst hergestellt werden muss. Wasserstoff, der immer chemisch gebunden ist und nicht in Reinform vorkommt, lässt sich durch Elektrolyse aus Wasser erzeugen und wie Erdgas in Tanks speichern. Beim Verbrennen entstehen als Rückstand Wasser und Energie, jedoch keine direkten, lokalen CO2-Emissionen. Auch synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, lassen sich aus Wasserstoff herstellen, ebenso wie Methanersatz für Gasheizungen.

Umweltschützer setzen ihre Hoffnung vor allem auf den sogenannten „Grünen Wasserstoff“, also solchen, der mithilfe von erneuerbaren Energiequellen wie Wasser, Wind und Sonnenenergie gewonnen wird. Das ist jedoch teuer und mit hohem Energieaufwand verbunden. Von 100 Kilowattstunden (kWh) erneuerbarem Strom bleiben nach der Elektrolyse nur noch zwei Drittel in Form von Wasserstoff übrig. Das ist wenig und treibt den Preis nach oben. Ein Kilogramm grüner Wasserstoff kostet rund zehn US-Dollar. Grauer Wasserstoff, der etwa mit Erdgas oder Kohlestrom erzeugt wird, kostet im Schnitt ein bis zwei US-Dollar pro Kilogramm.

Bei diesem Verfahren wird jedoch auch eine große Menge an Kohlendioxid freigesetzt. Noch gibt es kaum Elektrolyseanlagen, die Wasserstoff allein mithilfe erneuerbarer Energien herstellen. So wird Wasserstoff derzeit noch oft über Erdgas erzeugt, dessen Hauptbestandteil Methan viel Wasserstoff enthält. Fossile Geschäftsmodelle gehören durch die Wasserstoff-Technologie also nicht von heute auf morgen der Vergangenheit an – vor allem in China nicht. Aktuell werden zur Speicherung von Wasserstoff auch entweder sehr hoher Druck oder sehr niedrige Temperaturen nötig, was zusätzliche Energie kostet. Hinzu kommt, dass H2 mit Sauerstoff hochentzündlich reagiert und aufgrund der Risiken die Herstellungs- und Wartungskosten vergrößert werden. Planung und Bau von großindustriellen H2-Anlagen werden also noch viele Jahre in Anspruch nehmen. Immerhin: Der Stahlkonzern Thyssen-Krupp will seine Hochöfen schon in zehn Jahren nicht mehr mit Kohle anfeuern, sondern mit klimaneutralem Wasserstoff, genauso wie die Wettbewerber Salzgitter oder Voestalpine.

Das größte Problem sind aber auch in China die hohen Kosten im Vergleich zur Energieeffizienz. Laut einem 2019 herausgegebenen Weißbuch der China Hydrogen Alliance sollen die Kosten für Brennstoffzellensysteme in China bis 2025 um die Hälfte auf umgerechnet rund 515 Euro per Kilowattstunde fallen. Parallel verfolgt China verschiedene Pilotprojekte im öffentlichen Nahverkehr. Zum Beispiel sollen 2022 bei der Winter-Olympiade in Zhangjiakou, einem Austragungsort für Skiwettkämpfe, 1.800 Busse mit Brennstoffzellen fahren.

Chinas großer Vorteil: Es ist schon jetzt der größte Wasserstoffproduzent der Welt, mit einer jährlichen Produktion von 20 Millionen Tonnen. Das entspricht etwa einem Drittel des weltweiten Produktionsvolumens, dreimal so hoch ist wie das von Europa, das auf rund sieben Millionen Tonnen pro Jahr kommt. Allerdings basiert Chinas Wasserstoffproduktion nicht auf der umweltfreundlichen Elektrolyse-Art, sondern vor allem auf Methan-Umwandlung aus Kohle, die im eigenen Land reich verfügbar ist. Um den Einsatz von nachhaltiger Wasserstoffenergie zu fördern, plant China den Bau von vier “Wasserstoffkorridoren” im Jangtse-Flussdelta. Bis 2021 sollen in der Region mehr als 40 Wasserstofftankstellen gebaut werden, die wichtige Autobahnen wie den Shenyang-Haikou Expressway, den Shanghai-Chengdu Expressway, den Shanghai-Chongqing Expressway und den Shanghai-Kunming Expressway miteinander verbinden sollen. Bisher haben 20 chinesische Städte Pläne zur Entwicklung von Wasserstoffindustrieclustern angekündigt, darunter Chengdu, Datong und Wuhan, die Hauptstädte der Provinzen Sichuan, Shanxi und Hubei.

Am weitesten fortgeschritten ist China in Sachen Wasserstoff beim Bau von LKWs, Bussen und Agrar-Fahrzeugen. Das China Agricultural Machinery Equipment Innovation Center hat erst diesen Monat den ersten unbemannten Traktor Chinas vorgestellt, der auf Basis von Wasserstoff-und 5G-Technik arbeitet. Der E-Traktor bringt es auf eine maximale Betriebsgeschwindigkeit von 30 km/h und kann 24 Stunden am Tag im Einsatz sein.

Innerhalb von nur drei bis fünf Minuten soll der Brennstoffzellen-Traktor genügend Wasserstoff tanken können, um Reichweite für weitere vier Stunden zu erhalten. Die Wasserstoff-Brennstoffzelle arbeitet, wenn das Fahrzeug nicht zu stark belastet ist, während eine Lithium-Batterie unter schwerer Last zusätzliche Energie liefert.

Auch ausländische Player sind bereits am chinesischen Markt aktiv: Toyota, mit der Mirai-Limousine einer der Vorreiter bei den Brennstoffzellenfahrzeugen, will auch in China zu einem der wichtigsten H2-Player werden. In Peking hat das Unternehmen mit den chinesischen Autoherstellern FAW, Donfeng, GAC und BAIC sowie dem auf stationäre Brennstoffzellensysteme spezialisierten Unternehmen Beijing SinoHytec die United Fuel Cell System R&D gegründet, die die Entwicklung von Brennstoffzellenantrieben für Nutzfahrzeuge vorantreiben soll. Die Toyota Motor Corporation hält mit 65 Prozent den größten Anteil an der Gesellschaft.

Und American Air Products, einer der weltgrößten Produzenten von Wasserstoff aus Pennsylvania, hat diesen Monat seine erste Flüssigwasserstoff-Anlage im chinesischen Haiyan eröffnet. Die Investitionssumme der Amerikaner liegt bei rund einer Milliarde Dollar. Der Bau ist Teil eines von Peking geförderten Pilotprojekts in der Provinz Zhejiang. An dem Standort soll ein 'Hydrogen Valley of China'" entstehen, ein integrierter Wasserstoff-Hub wo Wasserstoff und Brennstoffzellen produziert, gelagert und verteilt werden.

Das Schöne am Wasserstoff im Gegensatz zur Elektro-Mobilität: Deutschland kann noch ganz vorne mitmischen. Die Bundesregierung plant neun Milliarden Euro ihres 150 Milliarden Euro schweren Konjunkturpakets in den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft zu stecken. Mit diesen neun Milliarden soll Deutschland zur weltweiten Nummer eins bei Wasserstofftechnologien aufsteigen. "Die Zeit für Wasserstoff und für die nötigen Technologien ist reif", sagt Peter Altmaier. Und Bundesforschungsministerin Anja Karliczek (CDU) erklärt: "Wir brauchen ein Cape Canaveral des Wasserstoffs in Deutschland". Das sieht bisher ganz gut aus: Deutschland ist bei Innovationen rund um Wasserstoff europaweit führend und liegt mit 17.238 Brennstoffzellen-Patenten weltweit auf dem dritten Platz nach Japan und den USA. Die „Wasserstoffrepublik Deutschland" soll dabei vor allem mit grünem Wasserstoff gespeist werden. Bis 2030 soll hier eine industrielle Elektrolyse-Kapazität ohne CO2-Ausstoß von fünf Gigawatt installiert werden. Das Problem: Die hohen Stromkosten. Eine Studie des Marktforschungsunternehmens Energy Brainpool im Auftrag von Greenpeace rechnet vor, dass es insgesamt 107 GW an Elektrolyseleistung bis 2035 bräuchte, um alle Bereiche in Deutschland mit ausreichend grünem Wasserstoff zu versorgen. So viel Ökostrom kann Deutschland alleine nicht produzieren. Knapp 80 Prozent des grünen Wasserstoffs müssten importiert werden.

Im Transportwesen wird sich die Technik aufgrund ihrer Gewichts- und Reichweitenvorteile am ehesten bei Lastwagen, Zügen, Fähren und Bussen durchsetzen. Brüssel möchte, dass LKW-Bauer ihre CO2-Emissionen bis 2025 durchschnittlich um 15 Prozent, bis 2030 sogar um 30 Prozent senken. Daimler hat deshalb entschieden, sich bei den Nutzfahrzeugen auf Wasserstoff zu fokussieren. Zusammen mit Volvo wollen die Schwaben in einem Joint-Venture serienmäßig LKWs mit Brennstoffzellen entwickeln. In der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts sollen die H2-Trucks von Daimler dann auf den Markt kommen. Spätestens in 25 Jahren sollen fast alle Daimler-Laster mit Wasserstoffantrieb fahren. Serienreife Brennstoffzellen-PKW hingegen zählen in Deutschland noch immer zu den Exoten. "Die Brennstoffzelle wird in den nächsten zehn Jahren keine Rolle spielen", sagt VW-Chef Herbert Diess. Bosch rechnet dagegen damit, dass bis 2030 weltweit ein Fünftel aller Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellentechnik ausgerüstet sein werden.

Eins ist klar: Die Decarbonisierung der Wirtschaft ohne Ausstoß von Kohlenstoffdioxid, wird in Zeiten des Klimawandels in Zukunft eine immer größere Rolle spielen und damit auch den Einsatz von Alternativen wie Wasserstoff wichtiger machen. Die Entwicklungen am chinesischen Markt werden dabei einmal mehr entscheidend sein.

Unser Kolumnist, der Bestseller-Autor Frank Sieren („Zukunft? China!“), gilt als einer der führenden deutschen China Spezialisten. Er lebt seit über zwanzig Jahren in Peking.

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