DER SPIEGEL vom 08.02.2020

Klima

Blau ist die Hoffnung

Autos, Busse, Industrieanlagen: Deutschland soll Pionierland für Wasserstoff werden, erzeugt mithilfe von Wind- und Sonnenkraft. Wie realistisch ist die Strategie der Bundesregierung? Und vor allem, wie teuer?

FRANKFURT

An der OMV-Tankstelle in der Speyerer Straße in Heidelberg ist eine neue Zapfsäule installiert worden. Eigentlich interessiert so etwas niemanden – außer wenn aus der Pistole Wasserstoff strömt. Dann gibt es einen Riesenauflauf, ein Zelt wird aufgebaut, Suppe gereicht, Vertreter von Toyota, Hyundai und Daimler sprechen Grußworte. Sogar der Oberbürgermeister schaute vorbei, als am Mittwoch in seiner Stadt die bundesweit 82. Wasserstofftankstelle eröffnet wurde.

So etwas ist noch immer ein Ereignis. Eine H²-Station bietet nämlich viel mehr als nur Treibstoff für Brennstoffzellenautos – sie ist das Versprechen auf eine bessere Welt.

Eckart Würzner, der Bürgermeister, tritt ans Mikrofon. Man müsse »mutiger werden in Deutschland«, sagt er. Die Menschen in den Städten brauchten saubere Luft. Die Lösung sei ja längst da. »Der Wasserstoffantrieb ist ein Quantensprung «, sagt Würzner, »endlich können wir umsteigen.«

Die Feierlaune lässt fast vergessen, wie zäh dieser Umstieg verläuft. 705 Wasserstoffautos sind in Deutschland zugelassen – von 47 Millionen Pkw insgesamt.

Große Worte sind leicht formuliert, wenn heute von Wasserstoff und seinem Potenzial die Rede ist. Kein anderes Energiethema erlebt gerade eine solche Konjunktur. Das liegt vor allem daran, dass Wasserstoff eine Eigenschaft besitzt, die ein zentrales Problem der Energiewende lösen könnte. Anders als Strom aus Sonne und Wind lässt er sich gut speichern, als Gas oder in flüssiger Form auf minus 253 Grad gekühlt. Der Ausgangsstoff Wasser kommt überall in der Natur vor. Und sofern bei der Zerlegung in Wasserstoff und Sauerstoff erneuerbare Energie verwendet wird, entstehen keinerlei CO²-Emissionen.

Daraus ergeben sich enorme Möglichkeiten. Wasserstoff kann Fahrzeuge antreiben. Ein Kilogramm genügt, um ein Auto rund hundert Kilometer weit zu bewegen. Er kann Haushalte mit Wärme versorgen. Und in der Industrie als Energieträger dienen.

Auf dem Wundermolekül lasten große Erwartungen: Es soll der Energiewende Schwung geben, die nationalen Klimaziele erreichbar machen und der deutschen Industrie zu neuem Glanz verhelfen.

Doch die Hindernisse sind groß. Da Wasserstoff in molekularer Reinform so gut wie nie vorkommt, muss er stets produziert werden, das macht seinen Einsatz teuer.

Dann der Wirkungsgrad: Windkraft erst in Strom umzuwandeln und anschließend mithilfe von Strom Wasserstoff herzustellen ist ineffizient. Transport und Speicherung verschlingen große Energiemengen. Bis aus dem Tausendsassa der Chemie eine verlässliche Energiequelle wird, ist es ein weiter Weg.

Vorige Woche legte Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU) seine nationale Wasserstoffstrategie vor. Ihr ambitionierter Titel: »Globale Vorreiterrolle sichern«. 35 Maßnahmen sollen Deutschland zum führenden Produzenten von Wasserstoff machen, der vorzugsweise aus Wind- und Sonnenstrom zu erzeugen wäre. Bis 2030, so die Vorstellung, werden rund 20 Prozent des im Land verbrauchten Wasserstoffs aus CO²-freien Quellen stammen. Altmaier will das Thema europaweit voranbringen, es soll ein »Schwerpunkt der deutschen Ratspräsidentschaft« werden, die zur Jahresmitte beginnt.

Auch die Industrie ist dem Hype um H² erlegen. Es wird geforscht, getestet, ausprobiert. Niemand will sich später vorwerfen lassen, man habe den Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft verpasst. Wer Know-how hat, dem fliegt das Kapital nur so zu. Das zeigen die Börsenkurse von Firmen wie Ballard Power, einem kanadischen Hersteller von Brennstoffzellen. Der Wert hat in den vergangenen acht Wochen um fast 70 Prozent zugelegt.

Altmaier möchte, dass es jetzt schnell geht, weil die globale Erwärmung voranschreitet, aber auch, damit die Wirtschaft nicht den Anschluss verpasst. Der Minister will Partnerschaften mit Ländern Afrikas schließen. Deutschland liefert die Technik und bekommt dafür Wasserstoff. So stellt sich Altmaier das vor.

Der Minister will klüger vorgehen als seine Vorgänger zu Beginn des Jahrtausends. Da erlebte die deutsche Solarindustrie, mit Subventionen hochgepäppelt, einen jähen Absturz. Die Chinesen konnten schneller produzieren und billiger. Diesmal soll es anders laufen. Nur, wie realistisch ist die Strategie? Und vor allem: Wie teuer kommt das Ganze?

Technologie: Wie mit Elektrolyse Wasserstoff produziert wird

Es ist das Herzstück der Wasserstoffrevolution, das Heinrich Gärtner in Händen hält: eine Elektrolysemembran. Flach wie eine Schablone, nicht größer als ein Schulheft. Filigrane Kanäle durchziehen die Metalloberfläche, durch sie soll Wasser in die dünne Platte fließen.

Ihr Inneres ist Schauplatz einer chemischen Reaktion, der Elektrolyse. Unter elektrischer Spannung spaltet sich Wasser in seine Bestandteile. »Hier kommt der Sauerstoff heraus«, sagt Gärtner und zeigt auf eine Seite der Platte. »Und hier drängt der Wasserstoff heraus.«

Gärtner ist Geschäftsführer der Augsburger Firma H-Tec-Systems, die Elektrolyseure herstellt und damit die technische Basis des erhofften H²-Booms. Er und seine Ingenieure liefern sich ein Rennen mit den Konkurrenten, sie alle entwickeln Anlagen in industriellem Maßstab: Start-ups wie Sunfire oder Konzerne wie Siemens.

Gärtner hat sich einen mächtigen Partner zur Seite genommen. Vor einem knappen Jahr stieg der Motorenhersteller MAN bei H-Tec ein, eine VW-Tochter. Keine drei Kilometer Luftlinie vom H-Tec-Sitz entfernt produziert MAN Aggregate für Kraftwerke und Schiffe. »Um Wasserstoff wird sich in Zukunft alles drehen«, sagt MAN-Chef Uwe Lauber.

Aus seinem Büro im MAN-Hochhaus fällt der Blick auf Backsteinhallen. Dort konstruierte Rudolf Diesel vor mehr als hundert Jahren seine Motoren, ein Ort deutscher Industriegeschichte. Der Umbruch raus aus der fossilen, rein in die Wasserstoffwelt sei unumkehrbar, sagt Lauber. Mit der Beteiligung an H-Tec will er sicherstellen, dass MAN nicht zu den Opfern der großen Transformation wird, sondern »zu einem Vorreiter«.

Die Erfahrung des Großanlagenbauers soll dafür sorgen, dass die H-Tec-Elektrolyseure für den Massenmarkt weiterentwickelt werden. Lauber ist überzeugt, dass sich die Produktion bald rechnet. Auch H-Tec-Chef Gärtner ist optimistisch, dass seine Ingenieure die Kosten drücken können. »Je größer die Stückzahlen, desto mehr sinken die Preise«, sagt er.

Gärtner führt seine Besucher in eine Werkshalle, in der zwei Container stehen, darin Druckflaschen, Filteranlagen und Schaltkästen. In den nächsten Tagen sollen die Elektrolysemembranen eingebaut werden. »Dann gehen die Anlagen an die Nordseeküste«, sagt Gärtner.

Bestimmt sind sie für einen Windpark, dessen Strom bei Sturm nicht ins Elektrizitätsnetz eingespeist werden kann. Dann soll der Elektrolyseur einspringen und den überschüssigen Strom in Wasserstoff verwandeln. Das Gas soll Wasserstoffbusse und eine kleine Flotte von Brennstoffzellenautos antreiben.

Bislang gibt es erst gut 50 solcher Anlagen in Deutschland. Ihre Kapazität beträgt nur wenige Megawatt. Bis Ende des Jahrzehnts müsse eine Elektrolyseleistung von zehn Gigawatt aufgestellt sein, so Gärtner. Die Wasserstoffstrategie der Regierung sieht eine Kapazität von drei bis fünf Gigawatt vor. Viel zu ambitionslos, findet er. Genauso sieht es MAN-Manager Lauber, »Kleckereinheiten « seien das.

Verkehr: Brennstoffpower auf der Straße

Ralf Thalmann hat eine wichtige Entscheidung zu treffen. Thalmann leitet Cottbusverkehr, er ist Herr über 53 Omnibusse, alle dieselbetrieben. Bis Ende 2025 muss er mit seiner Flotte laut EU-»Clean Vehicles«-Richtlinie einen Anteil von 22,5 Prozent sauberer Fahrzeuge vorweisen. Der Geschäftsführer will neue Modelle beschaffen, aber welche?

Thalmann hat Elektrobusse getestet, begeistert ist er nicht. »Die Reichweite ist allseits bekannt«, sagt er lakonisch. Auch Erdgas ist für ihn keine Lösung. Thalmann favorisiert den Brennstoffzellenantrieb. Die Busse seien leise, eine Füllung reiche für gut 400 Kilometer. Der Haken: Das Fahrzeug koste rund 700 000 Euro, fast dreimal so viel wie ein Dieselmodell.

Der Verkehrssektor spielt eine Schlüsselrolle, damit Deutschland die Klimaziele erreicht; bis 2030 müssen die CO²- Emissionen hier um mehr als 50 Prozent sinken. Nur auf Elektromobilität zu setzen wird nicht genügen, Wasserstoff soll die Lücke schließen. Die Technologie ist erprobt, und dennoch gelingt es keinem Autobauer, ein Geschäft zu entwickeln, nicht mal Toyota, dem Hersteller mit der größten Erfahrung.

Seit den frühen Neunzigerjahren tüfteln die Japaner an H²-Antrieben. Vor Kurzem haben sie die neue Generation des Mirai vorgestellt, zu Deutsch »Zukunft«. Ein Mittelklassegefährt zum Luxuspreis: gegenwärtig ab 78 600 Euro. Es sei »unmöglich, bei solchen Preisen echte Kunden zu finden«, glaubt der Autoexperte Ferdinand Dudenhöffer, Brennstoffzellen-Pkw seien derzeit »keine Alternative«. Bussen räumt er eher Potenzial ein.

Und so fahren auf deutschen Straßen heute mehr Lamborghini als Wasserstoffautos. Auch H²-Busse sind eine Rarität, 22 Fahrzeuge gibt es bundesweit.

Das Altmaier-Papier lässt offen, wie schnell der Bestand wachsen soll. Das Ministerium will sich offensichtlich nicht blamieren wie mit seinen ambitionierten E-Auto-Prognosen. Im Strategieentwurf vermeidet der Minister auch, ein präzises Ziel für die Zahl der Wasserstoffstationen zu nennen. Es werde ein »koordinierter Aufbau einer bedarfsgerechten Tankinfrastruktur« angestrebt, heißt es wolkig.

Wie schwierig das ist, zeigt sich in Cottbus. In der gesamten Lausitz gibt es keine Wasserstofftankstelle. Nun ist immerhin ein Investor gefunden. Allerdings wird es etwa 70 Wochen dauern, bis die Station genehmigt ist. Die Tankstelle wird wohl frühestens im Sommer 2021 eröffnet.

Da wundert es nicht, dass deutsche Autobauer wenig Elan verspüren, eigene H²-Modelle zu entwickeln. Sie sind ohnehin noch vollauf mit der Elektrooffensive beschäftigt. Die Branche zieht einen anderen Weg in die Wasserstoffwelt vor.

Sie setzt auf synthetische Kraftstoffe, sogenannte E-Fuels, die herkömmlichem Benzin und Diesel beigemischt werden können. So lässt sich der Verbrennungsmotor weiter nutzen, ebenso das vorhandene Tankstellennetz. Der Nachteil: Der Wirkungsgrad von E-Fuels ist lausig. Wird Windkraft erst in Strom umgewandelt, mithilfe des Stroms Wasserstoff produziert und der Wasserstoff dann genutzt, um damit Benzin oder Diesel zu erzeugen, bleibt nur ein Viertel der ursprünglichen Energie übrig.

»Es mag der Tag kommen, wo wir dies verändern können«, sagt der neue Shell- Deutschland-Chef Fabian Ziegler. Es klingt wie: Das kann dauern.

Energieversorgung: Wärmenetz für Wohnanlagen

Jürgen Zieger ist Oberbürgermeister von Esslingen am Neckar. Über Klimaschutz reden, sagt er, sei das eine, ihn umzusetzen etwas anderes. Zieger hat sich ein ehrgeiziges Ziel gesetzt. Er will aus der Weststadt, dem größten Neubauprojekt, ein energietechnisch weitgehend autarkes Quartier machen, das fast ganz ohne fossile Energie auskommt. Keine leichte Aufgabe, denn die Solaranlagen liefern naturgemäß nachts keinen Strom und tagsüber zu wenig, wenn Nebel und Wolken aufziehen.

Die Lösung: Wasserstoff, der den Strom speichert. Unter dem Stadtplatz will Zieger eine Energiezentrale mit Elektrolyseur aufstellen. Eine belgische Firma soll ihn liefern, gerade laufen die Bürgeranhörungen. »Im März wollen wir den Spatenstich für das Projekt setzen«, sagt der Bürgermeister. Ende des Jahres soll die Anlage laufen.

Der Elektrolyseur soll durch Sonnenstrom Wasserstoff generieren, ein Gasmotor in sonnenarmen Zeiten aus dem Wasserstoff wieder Strom herstellen. Die Abwärme des Elektrolyseurs wird ins Wärmenetz der Wohnanlage eingespeist. »Wir steigern damit den Wirkungsgrad von 55 Prozent auf über 90 Prozent«, sagt Norbert Fisch. Der Professor für Bauphysik und Gebäudetechnik ist am Projekt beteiligt.

Der Wasserstoff aus der Weststadt soll unter anderem ins Erdgasnetz eingespeist werden. Praktischerweise haben die Stadtwerke Esslingen ihren Sitz gleich nebenan, die Leitungswege sind kurz.

Das Beimischen von Wasserstoff ist ein zentrales Element für das Gelingen der Energiewende. Das bundesweite Gasnetz kann gewaltige Energiemengen transportieren. Kleine Stadtviertel wie in Esslingen könnten ihren überschüssigen Wasserstoff in die Gaspipelines einspeisen und ihn zu den Stromverbrauchern in den Industriezentren leiten.

Doch das flüchtige H² bereitet den Technikern noch Probleme. Die Leitungen müssen dichter sein als jene für Erdgas. Die kleinen Moleküle können sonst an Knotenpunkten und Verbindungsstücken entwischen. Auch das Beimischen des Wasserstoffs zum Erdgas ist nicht trivial. Wasserstoff hat die Eigenschaft, dass er sich in den Leitungen in größeren Mengen ansammelt. Die Konzentration ist dann deutlich höher als die derzeit übliche Beimischungsquote von zehn Prozent. In einer Chemieanlage bei Bitterfeld wird gerade getestet, wie sich die Quote erhöhen lässt.

Wirtschaft: Prozessstoff für die Schwerindustrie

Im Hamburger Hafen, nahe der Köhlbrandbrücke, betreiben die H&R Ölwerke Schindler eine grüne Raffinerie, die weltgrößte Anlage ihrer Art. Das Herzstück ist ein Elektrolyseur: vier Blöcke in Reihe, jeder groß wie ein Kleinlaster.

Nebenan im Kontrollraum nimmt Geschäftsführer Niels Hansen eine Glasflasche aus dem Regal, darin ist Weißöl, hochrein und transparent. Hansens Kunden verwenden das Weißöl, um daraus Gesichtscremes oder Salben zu machen. Hergestellt wird Weißöl aus reduziertem, schwarz schimmerndem Rohöl. »Für den Prozess dazwischen benötigen wir den Wasserstoff«, sagt Hansen.

H&R, ein Familienbetrieb, 1,1 Milliarden Euro Umsatz, stellt Spezialchemie her. Vor gut zwei Jahren begann das Unternehmen, statt Erdgas überschüssige Windenergie zu nutzen, um Wasserstoff zu erzeugen. Die Anlage arbeitet hoch flexibel: Weht der Wind stark, erzeugt sie viel Wasserstoff und speichert ihn für Zeiten, in denen Flaute herrscht.

Der Chemiebetrieb steht mit dieser Lösung ziemlich allein da. Kaum ein Unternehmen setzt bereits grünen Wasserstoff ein, aber immer mehr beschäftigen sich mit der Idee. Wasserstoff ist unverzichtbar für viele Prozesse in der Schwerindustrie: Mineralölraffinerien entziehen dem Rohöl damit den Schwefel. Chemiefirmen benötigen Wasserstoff, um Düngemittel herzustellen. Stahlkonzerne verwenden ihn bei der Eisenherstellung; einige entwickeln bereits Szenarien, wie sie Stahl ohne Koks und Kohle und stattdessen mit Wasserstoff produzieren.

Die Frage ist nur, woher der grüne Strom dafür kommen soll. Die Mengen reichten »hinten und vorne nicht«, klagte Brandenburgs Wirtschaftsminister Jörg Steinbach (SPD) vorige Woche bei einer Tagung am Lausitzring. Bundesweit gingen im vorigen Jahr nur 325 Windkraftanlagen an Land neu ans Netz, zwei Jahre zuvor waren es noch 1792.

Da inländische Anlagen den Bedarf kaum decken werden, empfiehlt Altmaier in seiner Strategie, Wasserstoff aus dem Ausland zu importieren, auf dem Seeweg oder per Pipeline. Dazu will die Regierung Partnerschaften mit Ländern wie Marokko schließen. Deutschland würde Anlagen exportieren und dafür Wasserstoff importieren, so das Kalkül. »Shipping Sunshine«, lautet das fröhliche Motto. Die Nordafrikaner haben dank ihrer Geografie die Chance, grüne Vorreiter zu werden, die Stromerzeugung dort ist unschlagbar billig. Allerdings bezieht Marokko selbst erst 14 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Quellen, 53 Prozent dagegen aus Kohle. Fraglich also, ob die Marokkaner so bald schon genügend Grünstrom für den Export übrig haben.

Politik: Streit um Prioritäten

Für seine Wasserstoffstrategie bekommt Altmaier von Kabinettskollegen höfliche Zustimmung, auch von Umweltministerin Svenja Schulze (SPD). Dabei hatte es zwischen beiden Häusern monatelang Streit darüber gegeben, wofür genau der Wasserstoff künftig verwendet werden soll.

Anders als Altmaier lehnt es Schulze ab, Wasserstoff für den privaten Pkw-Verkehr zu nutzen. Sie hält das für Verschwendung. Es gelte, »Wasserstoff klug und zukunftsgerichtet einzusetzen, also dort, wo es kaum klimafreundliche Alternativen gibt: vor allem in der Stahl- und Chemieindustrie sowie im Luft- und Seeverkehr«.

Auch Bundesforschungsministerin Anja Karliczek (CDU) übt Kritik. Altmaier wolle zwar einen Nationalen Wasserstoffrat gründen, doch dessen Befugnisse gehen ihr nicht weit genug. Das Gremium dürfe »sich nicht darauf beschränken, die Markteinführung des Wasserstoffs zu beobachten«. Es brauche »einen Innovationskoordinator, der eigene Initiativen ergreifen kann«. Altmaier habe zudem versäumt, die Streichung der EEG-Umlage für den Elektrolysestrom in sein Papier aufzunehmen.

Die Herstellung von Wasserstoff ist auch deshalb so teuer, weil die Betreiber von Elektrolyseuren wie jeder andere Verbraucher Abgaben auf den genutzten Strom zahlen müssen: EEG-Umlage, Netzentgelte, Stromsteuer – obwohl der Prozess bloß dazu dient, Energie umzuwandeln. Die Bundesregierung müsse das Regelsystem ändern, fordert Brandenburgs Wirtschaftsminister Steinbach. Sonst könne man sich »die ganze Strategie sparen«.

Es ist ein weiter Weg in die Wasserstoffwirtschaft, Deutschland steht erst am Anfang. Es fehlt an Geschäftsmodellen, die sich rechnen. Vor allem aber mangelt es an grüner Energie. Da rächt sich, dass die Regierung den Ausbau erneuerbarer Energien nicht energisch genug vorantreibt.

Die Bedarfslücke ist enorm, wie eine Rechnung des Energieforschers Volker Quaschning für den Mobilitätssektor zeigt: Wären alle Autos mit Brennstoffzellen ausgestattet und würden mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energien versorgt, müsste Deutschland fast dreimal so viele Wind- und Solaranlagen aufstellen wie bisher.

Das dürfte schwer werden.