Wasserstoff Im Klimaschutz: Klasse Statt Masse
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Wasserstoff im Klimaschutz: Klasse statt Masse STELLUNGNAHME | Juni 2021 Impressum Geschäftsstelle des Sachverständigenrates für Umweltfragen (SRU) Luisenstraße 46, 10117 Berlin Tel.: +49 30 263696-0 [email protected] https: / /www.umweltrat.de (Redaktionsschluss: April 2021) Die Veröffentlichungen des SRU sind auf der Homepage verfügbar und können über die Geschäftsstelle kostenfrei bestellt werden. ISBN 978-3-947370-18-4 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Lektorat und Herstellung: Susanne Junker, Bettina Sommershof, Susanne Winkler Gestaltung: WERNERWERKE GbR, Berlin Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) Prof. Dr. Claudia Hornberg (Vorsitzende) Professorin für Umwelt und Gesundheit an der Fakultät für Gesundheitswissenschaften der Universität Bielefeld Prof. Dr. Claudia Kemfert (stellvertretende Vorsitzende) Professorin für Energiewirtschaft und Energiepolitik an der Leuphana Universität Lüneburg und Leiterin der Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt am Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung, Berlin Prof. Dr.-Ing. Christina Dornack Professorin für Abfall- und Kreislaufwirtschaft und Direktorin des gleichnamigen Instituts an der Technischen Universität Dresden Prof. Dr. Wolfgang Köck Professor für Umweltrecht an der Juristenfakultät der Universität Leipzig und Leiter des Departments Umwelt- und Planungsrecht am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ Prof. Dr. Wolfgang Lucht Professor an der Humboldt-Universität zu Berlin und Leiter der Abteilung Erdsystemanalyse am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung Prof. Dr. Josef Settele Außerplanmäßiger Professor für Ökologie an der Martin-Luther-Universität Halle- Wittenberg und Leiter des Departments Naturschutzforschung am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ Prof. Dr. Annette Elisabeth Töller Professorin für Politikfeldanalyse und Umweltpolitik an der FernUniversität in Hagen Die Ratsmitglieder bedanken sich für die sehr kompetente und engagierte Unterstützung durch die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des SRU. Zum wissenschaftlichen Stab des Umweltrates gehörten während der Erstellung dieser Stellungnahme: Dr. Julia Hertin (Geschäftsführerin), Dr. Mechthild Baron, Dr. Andrea Bues, Dr. Henriette Dahms, Miriam Dross LL.M., Alexander Franke, Anne Geißler, Gregor Jaschke, Dr. Elisabeth Marquard, Dr. Julia Michaelis, Marvin Neubauer, Christoph Rheinschmitt, Dr. Markus Salomon, Dr. Katharina Schleicher, Sophie Schmalz, Dr. Elisabeth Schmid, Dr. Sebastian Strunz und Jascha Wiehn. Zu den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Geschäftsstelle gehörten außerdem: Petra Busch, Susanne Junker, Rainer Kintzel, Pascale Lischka, Katrin Rautter, Bettina Sommershof und Susanne Winkler. Janina Kälble, Patricia Nonnenmacher und Alina Schmalz haben die Arbeit im Rahmen eines Praktikums unterstützt. Der SRU verwendet in seinen Publikationen eine gendergerechte Sprache. Wenn an wenigen Stellen zur besseren Lesbarkeit die männliche Form verwendet wird, sind ebenfalls alle Personen unabhän- gig von ihrem Geschlecht gemeint. 1 Danksagung Danksagung Der SRU dankt den Vertreterinnen und Vertretern der Ministerien und Ämter des Bundes sowie den Vertreterinnen und Vertretern von Wissenschaft und Gesellschaft, die mit ihren Fachkennt nissen die Erstellung der Stellungnahme unterstützt haben: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit: Charlotte Cuntz, Dani Jackson, Malena Knauth, Martin Krings, Dr. Lutz Schäfer, Rita Schäfer, Daniel Vilela Oliveira, Annette Volkens Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Joß Bracker, Anne Kimmel, Michael Leibrandt, Sophie Carlotta Schwarz Agora Energiewende: Dr. Matthias Deutsch, Alexandra Langenheld Agora Verkehrswende: Dr. Urs Maier Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung: Dr. Wolf-Peter Schill Deutsche Umwelthilfe: Nadine Bethge Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung: Prof. Dr. Wolfgang Eichhammer, Dr. Matthias Rehfeldt, Prof. Dr. Martin Wietschel Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit: Farhanja Wahabzada Hertie School: Oliver Ruhnau International PtX Hub Berlin: Alexander Mahler, Heino von Meyer Öko-Institut: Christoph Heinemann, Dr. Klaus Hennenberg Oxford Economics: Dr. Yann Girard Technische Universität Berlin: Isabell Braunger, Karlo Hainsch, Fabian Präger Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie: Prof. Dr. Stefan Lechtenböhmer, Dr. Sascha Samadi Der SRU hat während der Erstellung der Stellungnahme Fachgespräche durchgeführt, um seine Analysen mit Vertreterinnen und Vertretern von Wissenschaft, Gesellschaft und Verwaltung zu diskutieren. Als Teil seiner Qualitätssicherung unterzieht der SRU alle Gutachten einem pluralisti- schen Reviewverfahren. Dabei werden sie von einer Reihe von externen Fachleuten mit verschiede- nen fachlichen Perspektiven kommentiert. Den zuständigen Ministerien wurde der Text vorab zur Verfügung gestellt. Der SRU dankt dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit, dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dem Umweltbun- desamt sowie ausgewählten Expertinnen und Experten für hilfreiche und detaillierte Anmerkungen. Die volle Verantwortung für die vorliegende Stellungnahme übernehmen die Mitglieder des Sachverständigenrats für Umweltfragen. 2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung ................................................................................................ 5 1 Wasserstoff: warum jetzt wichtige Entscheidungen anstehen .............................. 6 2 Ein knapper Energieträger: Erzeugung und Transport von umweltfreundlichem und nachhaltigem Wasserstoff ........................................ 14 2.1 Optionen der Herstellung für Wasserstoff und PtX-Folgeprodukte ............................. 14 2.1.1 Wasserstoffherstellung: die Verfahren im Überblick ................................... 15 2.1.2 Grüner Wasserstoff aus Wasser ................................................................ 17 2.1.3 Blauer und türkiser Wasserstoff ............................................................. 18 2.1.4 Bewertung der Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff .......................... 20 2.1.5 Herstellungsverfahren für PtX-Folgeprodukte von Wasserstoff ................... 23 2.2 Grüner Wasserstoff: begrenzte Verfügbarkeit und strategische Konsequenzen ............. 25 2.2.1 Umweltauswirkungen ............................................................................ 26 2.2.2 Nachhaltigkeitskriterien und Zertifizierung ............................................... 30 2.2.3 Infrastruktur ........................................................................................ 36 2.2.4 Erzeugung von grünem Wasserstoff in Deutschland .................................. 43 2.2.5 Import von grünem Wasserstoff ............................................................ 46 3 Ein gefragter Energieträger: Anwendung von Wasserstoff in den Sektoren ........ 51 3.1 Industrie ........................................................................................................... 52 3.2 Verkehr ............................................................................................................. 56 3.3 Gebäudewärme .................................................................................................. 61 3.4 Stromversorgung ............................................................................................... 65 4 Wasserstoff: Weichenstellungen für Nachhaltigkeit .......................................... 67 4.1 Schlussfolgerungen ............................................................................................ 67 4.2 Empfehlungen ................................................................................................... 69 4.2.1 Umweltfreundlichen und nachhaltigen Wasserstoff bereitstellen .................. 69 4.2.2 Einen knappen Energieträger effizient nutzen ........................................... 73 4.2.3 Widersprüchliche sektorale Planungen vermeiden ..................................... 77 5 Literatur ........................................................................................................ 80 6 Abkürzungsverzeichnis ................................................................................... 98 3 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Nachgefragte Mengen an Wasserstoff (inkl. PtX-Folgeprodukten) im Jahr 2030 in verschiedenen Szenarien (ohne konventionell hergestellten Wasserstoff) ............. 11 Abbildung 2 Importierte und heimisch produzierte Mengen an Wasserstoff und PtX-Folgeprodukten im Jahr 2050 in verschiedenen Szenarien .......................................... 12 Abbildung 3 Bedarfe an Wasserstoff und PtX-Folgeprodukten im Jahr 2050 in verschiedenen Szenarien, unterteilt nach Sektoren .................................................................................................. 13 Abbildung 4 Optionen der Wasserstofferzeugung .............................................................................................. 16 Abbildung 5 Prozessschritte für die Herstellung von Wasserstoff-Folgeprodukten ............................. 23 Abbildung 6 Umwandlungsverluste bei der Erzeugung von Wasserstoff und PtX-Folgeprodukten .................................................................................................................................. 24 Abbildung 7 Konzeptionelle Abgrenzung von treibhausgasarmem und grünem Wasserstoff ........ 32 Abbildung 8 Erzeugungskosten