Studien & Reports

Hier finden Sie Studien und Reports von grundlegender Bedeutung für PtX: politisch, technisch, national und/oder global. Alle Schriften wurden von unabhängigen Forschern und/oder Institutionen erstellt und sind öffentlich zugänglich. Diese Rubrik wird fortlaufend ergänzt.

„Durchstarten trotz Unsicherheiten: Eckpunkte einer anpassungsfähigen Wasserstoffstrategie.“

In Kürze

Die Rolle von Wasserstoff und E-Fuels sei in den nächsten Jahren vor allem durch ihre geringe Verfügbarkeit begrenzt, sodass Wasserstoff bis 2030 lediglich eine kleine Rolle spiele. Bis 2045 sollten die Kapazitäten erneuerbarer Energien verdreifacht werden, batterieelektrische Fahrzeuge die Pkw-Neuzulassungen dominieren und etwa fünf Millionen Wärmepumpen installiert werden. Gleichzeitig müsse der Markthochlauf von Wasserstoff mit großem politischem Nachdruck verfolgt werden.

Solange Unklarheit herrsche über realisierbare Mengen und Preise sollte Wasserstoff dort eingesetzt werden, wo es keine Alternativen durch direkte Elektrifizierung gebe. Denkbar sei auch, Wasserstoff aus fossilen Quellen als zeitlich begrenzte Brückentechnologie zu nutzen, begleitet durch Zertifizierung, Regulierung und entsprechender Bepreisung von Emissionen. Nur so könne sichergestellt werden, dass Treibhausgasemissionen tatsächlich reduziert und nicht nur verlagert würden. (Umfang: 30 Seiten)

Herausgeber
Kopernikus-Projekt Ariadne, PIK (11-2021)

Erstellt von
div. Autoren von sechs Instituten

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https://ariadneprojekt.de/media/2021/11/Ariadne_Kurzdossier_Wasserstoff_November2021.pdf

„Enabling Measures Roadmap for Green Hydrogen“

In Kürze

Die Internationale Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) und das Weltwirtschaftsforum haben eine gemeinsam entwickelte Anleitung vorgestellt, mit deren Hilfe Staaten eine „Roadmap“ zur Implementierung von grünem Wasserstoff ausarbeiten können. Die „Toolbox“ soll politische Entscheidungsträger in die Lage versetzen, Maßnahmen zu priorisieren und die Wasserstoffnutzung auf internationaler Ebene zu beschleunigen.

Die ersten Roadmaps für Europa und Japan, die auf dem „Global Climate Action Energy Day“ in Glasgow vorgestellt wurden, zeigen die zehn wichtigsten Maßnahmen und Zeitpläne für ihre Umsetzung in Bereichen wie Kostensenkung, Nachfragewachstum, internationale Normen, Infrastruktur und Technologieentwicklung. (Umfang: 44 Seiten)​

Herausgeber
IRENA, Weltwirtschaftsforum, Accenture (11-2021)

Erstellt von
Herib Blanco, Emanuele Bianco, Barbara Jinks, Jeffrey Lu (IRENA); Noam Boussidan (World Economic Forum); Melissa Stark, Catherine O’Brien, William Hoare (Accenture)

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https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Press-Release/2021/Nov/Enabling_Measures_Roadmap_for_Green_H2_Nov21.pdf?la=en&hash=D4FBA20C3EE2121DC0DF068A6D96E496BC7E14E5

„Einsatz von grünem Wasserstoff zur netzfernen Stromversorgung in Insel- und kleineren Stromnetzen in Chile“

In Kürze
Die Außenhandelskammer (AHK) Chile hat eine Studie über den Einsatz von grünem Wasserstoff zur Reduzierung des Anteils der derzeitigen Diesel-Energieversorgung für drei isolierte Stromnetze in Chile veröffentlicht. Ziel war es, das Potenzial bei netzfernen Anwendungen aufzuzeigen. Untersucht wurde ein Netz auf der Insel Melinka (unter 1,5 Megawatt installierte Leistung), ein mittleres Stromnetz (Aysén, zwischen 1,5 MW und 200 MW) und das industrielle Inselnetz des Lachsproduzenten Multiexport. Zudem wurden in einer Studie des Energieministeriums landesweit 24.556 Häuser (das entspricht etwa 75.000 Menschen) ohne Zugang zu Elektrizität ermittelt. Hier kann der Ausbau dezentraler Energiesysteme basierend auf erneuerbaren Energien einen erheblichen Beitrag leisten, die weitere Elektrifizierung voranzutreiben und die über Dieselgeneratoren vielfach dezentral versorgten Netze zu dekarbonisieren. Durch die „hervorragenden Bedingungen für erneuerbare Energien“ habe Chile die Möglichkeit, Wasserstoff sicher, emissionsarm und wettbewerbsfähig zu produzieren. (Umfang: 89 Seiten)

Herausgeber
Außenhandelskammer Chile (11-2021)

Erstellt von
Christoph Meyer, Mar Ortiz, Annika Schüttler (alle AHK Chile)

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https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2021https://www.exportinitiative-umweltschutz.de/de/mediathek/publikationen/einsatz-von-gruenem-wasserstoff-zur-netzfernen-stromversorgung-in-insel-und-kleineren-stromnetzen-in-chile

„IEA Global Hydrogen Review 2021“

In Kürze
Aktuell haben 17 Regierungen Wasserstoffstrategien veröffentlicht, mehr als 20 Regierungen haben angekündigt, dass sie daran arbeiten. Der Wasserstoffbedarf lag im Jahr 2020 bei 90 Millionen Tonnen, die praktisch alle für Raffinerie- und Industrieanwendungen bestimmt sind und fast ausschließlich aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, was zu fast 900 Millionen Tonnen CO2-Emissionen führte. Die weltweite Kapazität von Elektrolyseuren hat sich in den letzten fünf Jahren verdoppelt und erreichte Mitte 2021 etwas mehr als 300 MW. Rund 350 Projekte, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, könnten die weltweite Kapazität bis 2030 auf 54 GW erhöhen. Weitere 40 Projekte mit einer Kapazität von mehr als 35 GW sind sich in einem frühen Stadium der Entwicklung.

Europa ist mit 40 Prozent der weltweit installierten Kapazität führend bei der Einführung von Elektrolyseuren. Australiens könnte in einigen Jahren zu Europa aufschließen; auch in Lateinamerika und im Nahen Osten wird mit dem Aufbau großer Kapazitäten gerechnet, vor allem für den Export. China ist langsam gestartet, aber die Zahl der angekündigten Projekte nimmt schnell zu. Die Vereinigten Staaten verstärken ihre Ambitionen.

Die Länder mit Wasserstoffstrategien haben mindestens 37 Milliarden Dollar bereitgestellt; der Privatsektor hat zusätzliche Investitionen in Höhe von 300 Milliarden Dollar angekündigt. Um den Wasserstoffsektor auf den Weg zu bringen sind bis 2030 Investitionen in Höhe von 1.200 Milliarden Dollar in eine kohlenstoffarme Wasserstoffversorgung und -nutzung erforderlich. Gegenwärtig ist die Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen die billigste Option. Je nach regionalen Erdgaspreisen liegen die Kosten zwischen 0,5 und 1,7 Dollar pro Kilogramm. Grüner Wasserstoff kostet drei bis acht Dollar pro Kilogramm.

Der Bericht ist ein Ergebnis der länderübergreifenden „Clean Energy Ministerial Hydrogen Initiative“ (CEM H2I), die von der IEA koordiniert wird. Er soll die Akteure des Energiesektors über den Status und die Zukunftsaussichten von Wasserstoff informieren. (Umfang: 224 Seiten)

Herausgeber
Internationale Energieagentur IEA (10-2021)

Erstellt von
IEA

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https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2021

„Substitutionspotenziale für erneuerbares Methan bei schweren Lkw und Schiffen“

In Kürze
Durch die Nutzung von erneuerbarem anstatt fossilem CNG (Compressed Natural Gas, Erdgas) oder LNG (Liquefied Natural Gas, Flüssiggas) ließen sich die Treibhausgasemissionen im Straßengüterverkehr um ungefähr 50 bis 80 Prozent reduzieren, in der Schifffahrt brächte der Einsatz von erneuerbarem Methan eine Reduktion von 35 bis 80 Prozent. Für eine Treibhausgasreduktion von über 80 Prozent „müssten auch die Vorkettenemissionen zukünftig noch weiter reduziert werden“. Der Studie zufolge sei „der Großteil des mobilisierbaren Potenzials bisher ungenutzt“. Die Biogasanlagen in Deutschland würden aufgrund der Altersstruktur zunehmend aus der EEG-Vergütung herausfallen und Biogas für den Verkehrssektor verfügbar machen können. Darüber hinaus wird auf enorme ungenutzte Potenziale von Biomethan verwiesen, das aus Reststoffen wie Stroh oder Gülle erzeugt werden kann.

Das mobilisierbare Potenzial von in Deutschland erzeugtem erneuerbarem Methan würde die Erdgas-Nachfrage in den untersuchten Kraftstoffsegmenten bis zum Jahr 2030 deutlich übersteigen. Biomethan sei nicht nur der günstigste fortschrittliche Biokraftstoff, sondern auch der einzige, der derzeit in den benötigten Größenordnungen am Markt verfügbar sei. Doch führe erneuerbares Methan grundsätzlich zu höheren Kosten als fossiles Erdgas, sodass „eine Substitution rein kostengetrieben und ohne regulatorischen Rahmen nicht stattfinden würde“. Aufgrund bisher fehlender regulatorischer Vorgaben und Nutzungsanreize in der Schifffahrt gehen die Wissenschaftler nicht davon aus, dass absehbar dort fossiles LNG in großen Mengen durch erneuerbares Methan ersetzt werde. (Umfang 81 Seiten).

Herausgeber
NOW GmbH (10-2021)

Erstellt von
Sebastian Timmerberg, Tjerk Zitscher, Alexander Kirsten, Ulf Neuling, Martin Kaltschmitt (Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft an der TU Hamburg)

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https://www.now-gmbh.de/wp-content/uploads/2021/10/Potenzialstudie_erneuerbares-Methan_NOW_TUHH_27102021.pdf

„Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045. Szenarien und Pfade im Modellvergleich.“ (Ariadne-Report)

In Kürze
Wie der Strukturwandel zur Klimaneutralität 2045 über alle Sektoren hinweg gelingen kann, untersucht diese Ariadne-Studie im Rahmen der vom Bund geförderten Kopernikus-Projekte. In der Politik werde oft noch unterschätzt, wie tiefgreifend der notwendige Umbau zur Klimaneutralität 2045 ist. Zwar rückten erneuerbarer Strom, grüner Wasserstoff, grüne E-Fuels sowie nachhaltig erzeugte Biomasse immer stärker an die Stelle der fossilen Brennstoffe. Dem gegenüber stehen jedoch langlebige vorhandene Infrastrukturen, Gebäude- oder Fahrzeugbestände und Industrieanlagen. Es werden zehn Modelle verglichen, sechs Szenarien durchgerechnet sowie Erkenntnisse zu Transformationspfaden, Spielräumen und Engpässen darlegt. So müsse unter anderem die Stromerzeugung aus Wind und Sonne bis 2030 etwa 50 Prozent größer sein als bislang angepeilt. Im Gebäudebestand müsste bis 2030 die jährliche Sanierungsrate auf 1,5 bis 2 Prozent steigen und die Elektrifizierung im Personenverkehr um rund 40 Prozent höher liegen. (Umfang: 366 Seiten)

Herausgeber
Kopernikus-Projekt Ariadne /  Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (Oktober 2021)

Erstellt von
mehr als 50 Forschenden aus mehr als zehn Instituten

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https://ariadneprojekt.de/publikation/deutschland-auf-dem-weg-zur-klimaneutralitat-2045-szenarienreport/

„Systemvergleich Wasserstoffverbrennungsmotor und Brennstoffzelle im schweren Nutzfahrzeug“

In Kürze
Sowohl der Wasserstoffverbrennungsmotor (H2-Motor) als auch der Brennstoffzellenantrieb (H2-BZ) haben Potenzial im Schwerlastfernverkehr. Der H2-Motor ist eher kurz- bis mittelfristig eine sinnvolle Ergänzung zum Brennstoffzellenantrieb. Langfristig verfügt die Brennstoffzelle über mehr Potenzial im Segment schwerer Nutzfahrzeug. Beide Antriebstechnologien könnten bis 2025 technisch realisiert werden. (Umfang: 100 Seiten)

Herausgeber
E-Mobil BW GmbH – Landesagentur für neue Mobilitätslösungen und Automotive Baden-Württemberg (Juli 2021)

Erstellt von
AVL List GmbH / Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW)

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https://www.e-mobilbw.de/fileadmin/media/e-mobilbw/Publikationen/Studien/e-mobilBW-Studie_H2-Systemvergleich.pdf

„Ländervergleich 2020: Solar- und Windenergieproduktion der Schweiz im europäischen Vergleich“

In Kürze
Die Schweizerische Energie-Stiftung SES hat in einer Kurzstudie Stand und Entwicklung der Solar- und Windenergieproduktion in den 27 Staaten der Europäischen Union plus Großbritannien sowie der Schweiz analysiert. Ein Schwerpunkt der Studie liegt zwar auf einer Einordnung der Schweiz in einen europäischen Kontext, doch lassen sich aus den Vergleichen interessante Daten und Zusammenhänge in der EU ablesen, etwa die Größenordnung einer Verfügbarkeit von umweltfreundlichem Strom (beispielsweise zur Produktion von grünem Wasserstoff). Ein Pro-Kopf-Vergleich des Jahres 2020 zeigt, dass die Schweiz weit hinten rangiert. Im Vergleich zur Gesamt-EU belegt das Land Rang 24 von 29 (Dänemark Rang 1, Lettland Rang 29, Deutschland Rang 4). Während der Ausbau von Windenergie in der Schweiz stagniert, legt der Ausbau der Sonnenenergie kontinuierlich zu, jedoch auf tiefem Niveau. (Umfang 16 Seiten)

Herausgeber
Schweizerische Energie-Stiftung SES (Juni 2021)

Erstellt von
Felix Nipkow, Tonja Iten

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https://www.energiestiftung.ch/publikation-studien/solar-und-windenergieproduktion-der-schweiz-im-europaeischen-vergleich-2020.html

„Renewable Power Generation Costs in 2020“

In Kürze
Die Kosten für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien sind in den letzten zehn Jahren stark gesunken, für Photovoltaik im industriellen Maßstab beispielweise zwischen 2010 und 2020 um 85 Prozent. Die Betriebskosten von 800 GW bestehender Kohlekraftwerke sind höher als die von neuen Solar- und Onshore-Windkraftanlagen. Der Ersatz dieser Kohlekraftwerke würde die jährlichen Systemkosten um 32 Milliarden Dollar pro Jahr senken und die jährlichen CO2-Emissionen um etwa drei Gigatonnen CO2 reduzieren. Mit fallenden Stromgestehungskosten bei den Erneuerbaren fallen auch die Kosten zur Produktion von grünem Wasserstoff. Unter Berücksichtigung der aktuellen Kosten für PV und Onshore-Wind könnte Wasserstoff in Saudi Arabien potenziell für 1,62 Dollar pro Kilogramm produziert werden. Die Studie befasst sich in einzelnen Kapiteln mit den Kosten von Windkraft, Photovoltaik, CPV, Wasserkraft, Geothermie und Bioenergy. (Umfang: 180 Seiten)

Herausgeber
International Renewable Energy Agency IRENA (Juni 2021)

Erstellt von
IRENA unter Mitarbeit zahlreicher Universitäten, Forschungseinrichtungen, Firmen und Organisationen

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https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2021/Jun/IRENA_Power_Generation_Costs_2020.pdf

„Wasserstoff-Studie. Chancen, Potentiale & Herausforderungen im globalen Energiesystem.“

In Kürze
Die intensive Integration von Wasserstoff in das Energiesystem und der Industrie ist die volkswirtschaftlich kostenoptimale Variante, um die gesteckten Klimaziele zu erreichen. Hierfür müssten rund 62 GW elektrischer Leistung an Elektrolyseuren aufgebaut werden. Deutschland wird sich nicht komplett selbst mit nachhaltig erzeugtem Wasserstoff versorgen können. Mehr als die Hälfte des benötigten Wasserstoffs müsse importiert werden.
Wasserstoff wird in Zukunft in sonnen- und windreichen Ländern produziert und global gehandelt. Das Gas hat das Potenzial zum neuen Energiemedium der Energiewende zu werden sowie Öl- und Kohle-Handelsströme zu ersetzen. Neben Deutschland müssen nahezu alle großen Industrieländer zukünftig Wasserstoff importieren. Ein realistischer Preis beim Import für Deutschland im Jahr 2050 wären 3,60 Euro pro Kilogramm. Aktuell kostet ein Kilogramm Wasserstoff an der Tankstelle 9,50 Euro.
Logistisch kann größtenteils die bereits für den Transport von Erdgas bestehende Infrastruktur genutzt werden. Die Salzkavernen im Norden Deutschlands sind ideal, um sie als Wasserstoff-Speicher zu nutzen. Deutschland könnte zum Wasserstoff-Speicher Europas werden. Untersucht werden neben Deutschland und Europa auch die Industrieländer China, Japan und der US-Bundesstaat Kalifornien. (Umfang: 50 Seiten)

Herausgeber
Umlaut Energy GmbH (02-20; seit Oktober 2021 Accenture Industry)

Erstellt von
Felix Schimek, Thomas Nauhauser, Chistian Hille (alle Umlaut), Martin Robinius, Detlef Stolten (beide Energy Transition Consulting)

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https://www.umlaut.com/de/stories/wasserstoff-studie-2020