Die Energiewende verändert das Stromsystem grundlegend: weg von Großkraftwerken, hin zu fluktuierender Energieerzeugung aus Wind, Sonne und Biomasse. Je höher der Anteil der drei bedeutsamsten regenerativen Quellen ist, desto häufiger treten allerdings Situationen auf, in denen entweder zu viel Strom im europäischen Netz vorhanden ist – oder zu wenig. Großbatteriespeicher, Netzausbau und Lastmanagement können viele Schwankungen ausgleichen, stoßen aber bei sogenannten Dunkelflauten noch immer an physikalische und ökonomische Grenzen. Die treten vor allem im Herbst und Winter auf, wenn Sonne und Wind über Tage oder gar Wochen hinweg nur sehr wenig Strom liefern, sodass der Anteil der erneuerbaren Energien am Strommix stark sinkt. Für das Engpassmanagement wird nun grüner Wasserstoff als Energiespeicher diskutiert.
Hohe Energieverluste durch Umwandlung von Strom in Wasserstoff
Ob sich das rechnet? Die Umwandlung von Strom in Wasserstoff per Elektrolyse und die spätere Rückverstromung sind mit hohen Energieverlusten verbunden. Selbst unter optimistischen Annahmen liegt der Gesamtwirkungsgrad laut Experten bei 30 bis 40 Prozent. Für den täglichen Ausgleich von Angebot und Nachfrage ist diese Kette zu ineffizient. Detlef Schulz, der an der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg zu elektrischen Energiesystemen forscht, bringt es in seinem unlängst erschienen Grundlagenwerk Wasserstoff im Energiesystem – Interdisziplinäre Perspektiven auf den Punkt: „Eine kombinierte Nutzung von Photovoltaik, Windenergie und Wasserkraft erscheint am vielversprechendsten, um eine zuverlässige Wasserstoffproduktion mit hohen Elektrolyse-Volllaststunden und günstiger Elektrizität zu gewährleisten“, schreibt Schulz, betont aber auch: „Der derzeit noch zögerliche und mit vielen Unsicherheiten behaftete Ausbau der Wasserstoffwirtschaft stellt die Netzausbauplanung weiterhin vor erhebliche Herausforderungen.“
Aus dieser Einschätzung ergibt sich die systemische Rolle von Wasserstoff: nicht als kurzfristiger Speicher, sondern als Langzeit- und Saisonalspeicher. In einem Stromsystem mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien entstehen Überschüsse vor allem im Sommerhalbjahr. Die lassen sich weder vollständig in Batterien speichern noch komplett im Netz transportieren. Über die chemische Speicherung in Form von grünem Wasserstoff – der Speicherprozess durch Wasserstoff besteht aus drei Schritten: Elektrolyse, Lagerung, Rückverstromung – könnte diese Energiemenge mitunter über Wochen oder Monate konserviert werden.
Wasserstoff in Untergrundspeichern als Stromreserve
„Das europäische Energiesystem muss Versorgungssicherheit auch unter Extrembedingungen gewährleisten“, betont Schulz. Vor allem kalte Dunkelflauten – also Phasen mit besonders wenig Wind, wenig Sonne, aber sehr hohem Verbrauch – definieren diese Extrembedingungen. Damit Wasserstoff die Rolle als Ergänzung erfüllen kann, braucht es Speicher in einer Größenordnung, die laut Experten oberirdisch kaum realisierbar wären, da sie zu teuer und flächenintensiv wären. Realistisch seien indes Untergrundspeicher: Salzkavernen, perspektivisch auch poröse Gesteinsformationen. Sie erlauben Terawattstunden-Speicherung zu vergleichsweise niedrigen Kosten pro Kilowattstunde – ein entscheidender Unterschied zu Batterien.
Großskalige Energiespeicherung mithilfe von Wasserstoff sei allerdings ohne geologische Speicherstrukturen langfristig nicht denkbar, gibt Schulz mit Blick auf zukünftige Energiesysteme zu bedenken. Der Ausbau solcher Speicher erfordere lange Vorlaufzeiten, Genehmigungen und Investitionssicherheit. Heute existieren in Europa zwar große Gasspeicher, deren Umrüstung auf Wasserstoff sei aber technisch anspruchsvoll und nicht überall möglich.
Rückverstromung als Business Case
Auch die Europäische Union hatte ursprünglich geplant, bis 2030 pro Jahr bis zu zehn Millionen Tonnen grünen Wasserstoff zu produzieren und weitere zehn Millionen Tonnen zu importieren. Doch daraus wird vorerst nichts: „Nach aktuellen Berechnungen werden wohl nur 17 Prozent davon realisiert“, sagt Jun Sasamura, Wasserstoffexperte beim Energieforschungsunternehmen Westwood Global Energy. „Die Kluft zwischen Ambitionen und Realität im europäischen Wasserstoffsektor wird zurzeit immer größer.“
