Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe (E-Fuels) gelten als wichtige Bausteine für die Defossilisierung von Industrie, Verkehr und Energiesystem. Eine neue Studie von Ifeu und Germanwatch zeigt nun, dass sich die Treibhausgasemissionen verschiedener Wasserstoff- und E-Fuel-Pfade gegenüber fossilen Referenzprodukten um bis zu 90 Prozent reduzieren lassen. Gleichzeitig macht die Untersuchung deutlich, dass auch bei verbesserten Prozessen unvermeidbare Restemissionen verbleiben, solange die industrielle Produktion von Anlagen und Infrastruktur noch auf fossilen Ressourcen basiert.
Wesentlicher Beitrag zum Klimaschutz
Im Rahmen des vom Umweltbundesamt beauftragten Projekts NEET untersuchten das Ifeu – Institut Heidelberg und Germanwatch unterschiedliche Herstellungswege und Transportketten für Wasserstoff sowie wasserstoffbasierte Kohlenwasserstoffe. Ziel war es, die Umweltauswirkungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu erfassen, die wichtigsten Emissions-Hotspots zu identifizieren und Maßnahmen zur Verringerung dieser Auswirkungen zu entwickeln.
Im Anschluss berechneten und verglichen die Forschenden die Umweltwirkungen erneut unter Annahme verbesserter Prozessketten. Das Ergebnis: In allen untersuchten Herstellungsketten konnten die Treibhausgasemissionen gegenüber fossilen Referenzprodukten deutlich reduziert werden.
„Unsere Analysen zeigen, dass Wasserstoff und E-Fuels einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Gleichzeitig wird aber deutlich, dass weder erneuerbarer Strom noch die daraus hergestellten Energieträger vollständig emissionsfrei sind“, so Thomas Fröhlich, Leiter des Projekts und des Fachbereichs Ressourcen am Ifeu-Institut Heidelberg.
Klimabilanz beginnt bei Anlagen und Komponenten
Die verbleibenden Emissionen von etwa 10 bis 20 Prozent entstehen vor allem bei der Herstellung von Windkraftanlagen, Photovoltaikmodulen, Elektrolyseuren, chemischen Reaktoren, Transportmitteln sowie weiterer Infrastruktur. Diese sogenannten vorgelagerten Emissionen lassen sich nur dann langfristig vollständig vermeiden, wenn die gesamte industrielle Produktion weitgehend defossilisiert wird.
„Die Diskussion über klimaneutrale Energieträger konzentriert sich häufig auf deren Nutzung. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Herstellung der benötigten Anlagen und Komponenten zunehmend in den Mittelpunkt rückt. Ohne eine klimaneutrale Industrie wird es keine vollständig klimaneutralen Energieträger geben“, so Daniel Münter, Themenleiter Basisindustrie.
Regeln für erneuerbare Kraftstoffe auf dem Prüfstand
Die Studie identifiziert zudem Verbesserungsbedarf bei den regulatorischen Vorgaben für erneuerbare Kraftstoffe. So behandelt die europäische „Renewable Energy Directive“ erneuerbaren Strom derzeit faktisch als klimaneutral. Die Untersuchung zeigt jedoch, dass auch die Bereitstellung von Strom aus erneuerbaren Energien mit Umweltwirkungen und Treibhausgasemissionen verbunden ist.
Darüber hinaus sehen die Forschenden die derzeitigen Minderungsanforderungen kritisch. So verlangt die Richtlinie für erneuerbare Kraftstoffe eine Treibhausgasminderung von mindestens 70 Prozent gegenüber fossilen Referenzprodukten. Dies reicht aus Sicht der Autorinnen und Autoren jedoch nicht aus, um langfristig Klimaneutralität zu erreichen. Zudem konzentriert sich die Regulierung bislang nahezu ausschließlich auf Treibhausgasemissionen und berücksichtigt andere Umweltwirkungen nur unzureichend.
Blauer Wasserstoff nicht wirklich emissionsarm?
Ein weiterer Schwerpunkt der Studie war die Bewertung von blauem Wasserstoff, der durch Erdgasreformierung mit anschließender CO2-Abscheidung und -Speicherung gewonnen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass vergleichbar geringe Umweltwirkungen wie bei grünem Wasserstoff nur unter sehr ambitionierten Randbedingungen erreichbar sind. Dazu gehören eine nahezu vollständige Vermeidung von Methanemissionen entlang der Erdgaslieferkette, CO2-Abscheideraten von mehr als 98 Prozent, eine dauerhaft sichere Speicherung des abgeschiedenen Kohlendioxids und die Versorgung aller Prozessschritte mit erneuerbarem Strom. Bereits geringe Abweichungen von diesen Voraussetzungen können die Umweltbilanz deutlich verschlechtern.
Nachhaltige Kohlenstoffquellen bleiben knapp
Für die Herstellung synthetischer Kohlenwasserstoffe wird neben Wasserstoff eine Kohlenstoffquelle benötigt. Die Studie untersuchte verschiedene CO2-Quellen, darunter atmosphärisches CO2, industrielle Abgase und biogene Quellen. Biogenes CO2 bietet grundsätzlich Vorteile, da der enthaltene Kohlenstoff zuvor der Atmosphäre entzogen wurde und seine Nutzung daher einen weitgehend geschlossenen Kohlenstoffkreislauf ermöglicht. Gleichzeitig zeigt die Analyse, dass die Bereitstellung geeigneter Biomasse mit erheblichen Umweltwirkungen verbunden sein kann, etwa durch Flächenbedarf, den Einsatz von Düngemitteln oder die landwirtschaftliche Bewirtschaftung.
Besonders geeignet erscheinen daher biogene Rest- und Abfallstoffe. Allerdings sind diese Ressourcen häufig bereits anderweitig genutzt und nur begrenzt verfügbar. Eine zusätzliche Nachfrage könnte zu Verlagerungseffekten führen, beispielsweise durch den verstärkten Einsatz mineralischer Dünger oder den Ersatz von Holzreststoffen durch Primärholz. Das größte Potenzial sehen die Forschenden bei industriellen Anlagen mit konzentrierten biogenen CO2-Strömen, etwa in der Ethanolproduktion, der Zellstoffindustrie oder der thermischen Behandlung von Siedlungsabfällen.
Klimaneutralität erfordert eine Transformation der gesamten Industrie
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Wasserstoff und E-Fuels unverzichtbare Bausteine einer nachhaltigen Energieversorgung sein können. Gleichzeitig macht sie deutlich, dass die Transformation nicht bei der Energieerzeugung endet. „Die Defossilisierung der Energieversorgung und die der Industrie müssen Hand in Hand gehen. Erst wenn beide Bereiche erfolgreich transformiert sind, kann das Ziel einer weitgehend klimaneutralen Wirtschaft erreicht werden“, erklärt Thomas Fröhlich.
