BOSTON, 4. Okt. 2023 – Während der Energie- und Industrielandschaft transformative Veränderungen erfahren, steht die Wasserstoffwirtschaft an der Schwelle eines nachhaltigen Wachstums. Die angedachte Wasserstoff-Wertschöpfungskette wird Produktions-, Speicher- und Verteilungssysteme integrieren und eine breite Palette von Anwendungen unterstützen, die von industriellen Prozessen bis hin zu verschiedenen Verkehrssektoren reichen. Während die Elektrifizierung das vorherrschende Mittel zur Dekarbonisierung in vielen Sektoren bleibt, entwickelt sich Wasserstoff als kritische Lösung für diese schwer zu reduzierenden Branchen.
Überblick über Wasserstoffanwendungssektoren und Brennstoffzellentechnologien. Quelle: IDTechEx
Traditionelle industrielle Anwendungen: Raffination, Ammoniak und Methanol
Traditionelle Industriesektoren wie Raffination, Ammoniak- und Methanolproduktion spielen weiterhin eine entscheidende Rolle in der sich entwickelnden Landschaft der Wasserstofftechnologien. IDTechEx prognostiziert, dass die petrochemische Raffination einer der größten Verbraucher von kohlenstoffarmem Wasserstoff für die absehbare Zukunft bleiben wird. Hydrocracking und Hydrotreating sind Schlüsselprozesse, die große Mengen Wasserstoff verbrauchen, wobei Letzteres der primäre wasserstoffverbrauchende Vorgang in einer Raffinerie ist. Faktoren wie der erhöhte globale Ölverbrauch und die Notwendigkeit, schwerere Rohöle zu verarbeiten, treiben die steigende Nachfrage nach Wasserstoff in diesem Sektor an.
Petrochemieunternehmen bemühen sich, ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Viele Raffinerien befinden sich in Industriezonen oder Chemieparks, die zu Brennpunkten für neue Kohlenstoffabscheidungs- und Wasserstoffinfrastrukturprojekte werden, wie die Stanlow-Raffinerie innerhalb der HyNet North West-Initiative. Darüber hinaus birgt Wasserstoff das Potenzial für weitere Emissionsreduzierungen in Raffinerien durch seinen Einsatz in Energie- und Wärmeerzeugungssystemen, die derzeit auf Verbrennungstechnologien basieren. Es ist jedoch anzumerken, dass solche Fortschritte voraussichtlich erst langfristig an Fahrt auf dem Raffineriemarkt aufnehmen werden.
Die Ammoniakproduktion dient als eine weitere wichtige Anwendung für kohlenstoffarmen Wasserstoff und trägt erheblich zu Dekarbonisierungsinitiativen in der Düngemittel- und Chemieindustrie bei. Die Anpassung des Haber-Bosch-Verfahrens zur Aufnahme von grünem oder blauem Wasserstoff bietet einen vielversprechenden Weg zur Reduzierung von CO2-Emissionen. Zusätzlich zu seinen traditionellen Verwendungszwecken gewinnt Ammoniak als wirksamer Wasserstoffträger für den internationalen Transport an Zugkraft und deutet auf Wachstumschancen in diesem Bereich hin.
Unternehmen wie Yara, Nutrien, OCI Nitrogen und SAFCO stehen an der Spitze dieser Bemühungen und haben bereits Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS)-Technologien in ihren Anlagen implementiert. Trotz Einschränkungen, wie etwa auf rund 70 % begrenzte Kohlenstoffabscheidungsraten, zielen neue Projekte unter der Leitung von Horisont Energi, ADNOC und CF Industries auf Abscheidungsraten von über 90 % ab.
Auf dem Gebiet des grünen Ammoniaks planen mehrere Unternehmen, darunter Fertiberia, Yara International und CF Industries, Anlagenstarts nach 2025 mit unterschiedlichen Kapazitäten. Projekte wie die grüne Ammoniak-Initiative von NEOM sind besonders beeindruckend und sehen die Installation von über 2 GW thyssenkrupp nucera alkalischen Wasserelektrolyseuren vor, die auf eine tägliche NH3-Produktion von 600 Tonnen abzielen. Ebenso dringen Methanpyrolyseunternehmen wie Monolith und Hazer Group in den Ammoniaksektor ein. Diese Entwicklungen sowohl bei blauem als auch bei grünem Ammoniak zeigen eine gemeinsame Anstrengung in der gesamten Branche, um eine nachhaltigere und effizientere Ammoniakproduktion voranzutreiben.
IDTechEx identifiziert auch die kohlenstoffarme Methanolproduktion als einen entscheidenden, wenn auch weniger prominenten Bereich für die Wasserstoffanwendung. Unternehmen wie Carbon Recycling International (CRI) machen auf diesem Gebiet erhebliche Fortschritte und entwickeln Projekte wie die Finnjord E-Methanol-Anlage. Methanol dient als wichtiger Bestandteil verschiedener Chemikalien und wird zunehmend für die Energiespeicherung und als Kraftstoff verwendet. Die Verwendung von grünem oder blauem Wasserstoff kann die Emissionen bei der chemischen Produktion erheblich reduzieren. Wie bei grünem Ammoniak bleibt jedoch die grüne Methanolproduktion kostenintensiv und hängt weitgehend von der CO2-Quelle ab. Darüber hinaus muss das CO2 aus der direkten Luftabscheidung oder aus Abfall/Biomasse stammen, damit das Methanol als wirklich kohlenstoffneutral eingestuft werden kann.
Neue industrielle Anwendungen: Stahlherstellung, Stromerzeugung und synthetische Kraftstoffproduktion
IDTechEx erwartet eine bedeutende Rolle für Wasserstoff in der Stahlherstellung mittel- bis langfristig. Die herkömmliche Stahlproduktion trägt 7-9 % zu den globalen CO2-Emissionen bei. Führende Unternehmen wie ArcelorMittal, SSAB und Tata Steel erforschen aktiv wasserstoffbetriebene Direct Reduced Iron-Electric Arc Furnace (H2-DRI-EAF)-Technologien zur Herstellung nachhaltigeren Stahls. Dies zeigt sich am HYBRIT-Demonstrationsprojekt – einem schwedischen Kooperationsprojekt zwischen SSAB, LKAB und Vattenfall. Die Unternehmen arbeiten in Schweden an der Demonstration einer fossilfreien Stahlwertschöpfungskette unter Verwendung erneuerbarer Energien und Wasserstoff, die die Dekarbonisierung aller Elemente der Stahlproduktionskette beinhaltet. Obwohl technologische Herausforderungen bestehen bleibt, ist Wasserstoff eine Säule in diesem Übergang.
Die Anwendung von Wasserstoff in der Strom- und Wärmeerzeugung befindet sich noch in den Anfängen, birgt aber kritisches Versprechen für umfassendere Dekarbonisierungsbemühungen. Wasserstoff hat potenzielle Anwendungen in der Speicherung erneuerbarer Energien, netzfernen Speichern und Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Trotz Effizienzverlusten in Power-to-Gas-to-Power-Konversionen stellt Wasserstoff eine attraktive Alternative für Inselanwendungen mit begrenzten Optionen dar. Die Nutzung von Wasserstoff in Strom- und Wärmeanwendungen, insbesondere zur Speicherung erneuerbarer Energien, erfordert jedoch noch ausgefeilte Geschäftsmodelle, um sie kommerziell attraktiver zu machen.
Wasserstoff spielt auch eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Biokraftstoffen und synthetischen Kraftstoffen. Erste und fortgeschrittene Biokraftstoffe der ersten Generation können durch den Einsatz von grünem Wasserstoff zunehmend kohlenstoffneutral werden. Große Raffinerien wie Neste und TotalEnergies konzentrieren sich auf diese Kraftstoffe, angetrieben von der Verbrauchernachfrage und regulatorischen Richtlinien. IDTechEx erwartet jedoch, dass die Rolle von Wasserstoff in diesem Sektor mittelfristig vergleichsweise begrenzt bleibt.
Mobilitätsanwendungen: Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV), Schifffahrt, Schienenverkehr und Luftfahrt
Brennstoffzellen sind eine Schlüsseltechnologie, die diese Verkehrssektoren antreiben würde. Diese Verkehrssektoren erfordern die effiziente Integration von Brennstoffzellenstapeln mit geeigneten Wasserstoffspeichermethoden, Wärmetauschern und anderen Systemkomponenten. Obwohl die Brennstoffzellentechnologie in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht hat, gibt es in Bezug auf Kosten, Leistungsdichte und Lebensdauer noch Raum für Verbesserungen.