Energieintensive Industrien stehen vor einer der größten Herausforderungen der kommenden Jahre. Steigende CO2-Kosten, strengere Klimaziele und die Unsicherheit rund um fossile Energieträger zwingen Unternehmen dazu, ihre Prozesse neu zu denken. Besonders Branchen mit hohem Wärmebedarf, etwa Asphaltwerke, Stahlwerke, Glashersteller oder Chemieunternehmen, müssen Lösungen finden, um ihre Emissionen deutlich zu senken.
Wasserstoff für energieintensive Industrien: Studie zeigt Wege zur Dekarbonisierung
Eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, der DHBW Heilbronn, der Technischen Universität München und der Hochschule Heilbronn zeigt nun, wie ein solcher Wandel gelingen kann. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich ein Asphaltmischwerk schrittweise von fossilen Brennstoffen verabschieden und auf grünen Wasserstoff umstellen kann.
Die Untersuchung entstand im Rahmen des Projekts „H2-Innovationslabor“ und liefert nicht nur technische Erkenntnisse. Sie betrachtet ebenso wirtschaftliche, organisatorische und infrastrukturelle Fragen. Damit wird deutlich: Wasserstoff ist weit mehr als nur ein neuer Brennstoff. Er könnte zu einem zentralen Baustein für die Zukunft der energieintensiven Industrie werden.
Forscherinnen und Forscher haben untersucht, wie ein Asphaltmischwerk künftig mit grünem Wasserstoff statt mit Braunkohle und Erdgas betrieben werden kann.
Warum ist das relevant?
Die Ergebnisse zeigen, dass sich tausende Tonnen CO2 pro Jahr einsparen lassen, wenn energieintensive Prozesse auf Wasserstoff umgestellt werden.
Für wen ist das wichtig?
Die Studie richtet sich an Industrieunternehmen, Energieversorger, Kommunen, Investoren und politische Entscheidungsträger.
Warum energieintensive Industrien unter Druck stehen
Viele industrielle Prozesse benötigen enorme Mengen an Energie. Besonders betroffen sind Unternehmen, die hohe Temperaturen erzeugen müssen. Dazu gehören unter anderem:
- Asphaltmischwerke
- Stahlindustrie
- Zement- und Baustoffindustrie
- Glasproduktion
- Chemische Industrie
- Papier- und Keramikhersteller
Bislang werden diese Prozesse häufig mit Erdgas, Kohle oder Öl betrieben. In Deutschland kommen in einigen Bereichen sogar noch Braunkohlestaub und andere besonders emissionsintensive Brennstoffe zum Einsatz.
Das Problem: Die Kosten für CO2 steigen. Unternehmen müssen für jede ausgestoßene Tonne Kohlendioxid Zertifikate kaufen. Gleichzeitig werden die gesetzlichen Vorgaben immer strenger. Wer seine Emissionen nicht reduziert, muss in Zukunft mit deutlich höheren Produktionskosten rechnen.
Hinzu kommt, dass fossile Energieträger langfristig unsicherer und teurer werden können. Deshalb suchen viele Unternehmen nach Alternativen, die sowohl klimafreundlich als auch wirtschaftlich tragfähig sind.
Was ist grüner Wasserstoff?
Wasserstoff gilt als einer der wichtigsten Hoffnungsträger für die Energiewende. Allerdings ist Wasserstoff nicht automatisch klimafreundlich. Entscheidend ist, wie er hergestellt wird.
Von grünem Wasserstoff spricht man, wenn Wasser mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Dieser Vorgang heißt Elektrolyse.
Wird der dafür benötigte Strom aus Windkraft, Solarenergie oder Wasserkraft gewonnen, entstehen bei der Herstellung praktisch keine CO2-Emissionen.
Im Gegensatz dazu gibt es auch:
- Grauen Wasserstoff aus Erdgas
- Blauen Wasserstoff mit CO2-Abscheidung
- Türkisen Wasserstoff aus Methanpyrolyse
Für eine echte Dekarbonisierung der Industrie spielt jedoch vor allem grüner Wasserstoff eine Rolle.
- Bei der Verbrennung entsteht kein CO2
- Hohe Temperaturen sind möglich
- Bestehende Industrieprozesse können teilweise weiter genutzt werden
- Wasserstoff lässt sich speichern und transportieren
Asphaltmischwerk als Beispiel für die Dekarbonisierung
Die Studie konzentriert sich auf ein Asphaltmischwerk in der Region Heilbronn-Franken. Solche Anlagen eignen sich besonders gut als Beispiel, weil sie hohe Energiemengen benötigen und bislang stark von fossilen Brennstoffen abhängig sind.
In einem Asphaltwerk werden Gestein, Sand und Bitumen auf hohe Temperaturen gebracht, damit daraus Straßenbelag entsteht. Dafür kommen heute häufig Braunkohlestaub und Erdgas zum Einsatz.
Dieser Brennstoffmix verursacht pro Jahr mehrere tausend Tonnen CO2. Genau hier setzt die Studie an.
Die Forschenden haben untersucht, wie sich die thermischen Prozesse eines Asphaltmischwerks auf grünen Wasserstoff umstellen lassen. Dabei wurde deutlich, dass moderne Brennersysteme den Einsatz von Wasserstoff bereits heute ermöglichen.
Multielementbrenner erleichtern den Umstieg
Ein zentrales Ergebnis der Untersuchung betrifft die eingesetzte Technik. Moderne Multielementbrenner können verschiedene Brennstoffe verarbeiten. Sie lassen sich so anpassen, dass zunächst Erdgas und später Wasserstoff genutzt werden kann.
Dadurch müssen Unternehmen ihre gesamte Anlage nicht komplett neu bauen. Stattdessen können sie bestehende Technik schrittweise umrüsten.
Das reduziert die Investitionskosten und macht den Umstieg realistischer.
Die Forschenden kommen deshalb zu dem Schluss, dass Wasserstoff technisch kein Zukunftsversprechen mehr ist, sondern bereits heute eingesetzt werden kann.
Welche Infrastruktur für Wasserstoff notwendig ist
Damit ein Unternehmen dauerhaft mit Wasserstoff arbeiten kann, reicht es nicht aus, lediglich den Brenner auszutauschen. Ebenso wichtig ist die Versorgung mit dem neuen Energieträger.
Die Studie zeigt, dass dafür unterschiedliche Lösungen infrage kommen.
Kurzfristige Lösung: Container und Tankwagen
In einer frühen Phase können Unternehmen Wasserstoff per Tankwagen oder in speziellen Containern anliefern lassen. Das ist besonders sinnvoll, wenn nur kleinere Mengen benötigt werden oder die Infrastruktur vor Ort noch nicht ausgebaut ist.
Der Vorteil: Unternehmen können bereits erste Erfahrungen mit Wasserstoff sammeln, ohne auf ein komplettes Leitungsnetz angewiesen zu sein.
Der Nachteil liegt jedoch auf der Hand. Der Transport ist teuer und oft nur begrenzt wirtschaftlich.
Langfristige Lösung: Pipeline und regionale Netze
Langfristig setzen viele Experten auf Wasserstoff-Pipelines. Ähnlich wie beim heutigen Erdgas sollen Unternehmen direkt über ein Netz versorgt werden.
Deutschland arbeitet derzeit am Aufbau eines Wasserstoff-Kernnetzes. Dieses soll Industriezentren und wichtige Regionen miteinander verbinden.
Für energieintensive Unternehmen wäre das ein entscheidender Vorteil. Sie könnten große Mengen Wasserstoff dauerhaft und vergleichsweise kostengünstig beziehen.
Allerdings wird der Ausbau mehrere Jahre dauern. Deshalb müssen Unternehmen bereits heute entscheiden, welche Übergangslösungen für ihren Standort sinnvoll sind.
*** Anzeige *** (*)
Werbung
*** Anzeige ***
Kaufe .de Cannabis-, Hanf- und CBD-Domains und investiere in eine grüne Zukunft!
Sichere dir jetzt deine Cannabis Wunschdomain bevor es jemand anderes tut!
Hier günstig Cannabis-Domains kaufen!Verkauf solange verfügbar – Änderungen und Zwischenverkauf vorbehalten.
Welche Wege zur Umstellung die Studie empfiehlt
Die Forscherinnen und Forscher haben drei verschiedene Transformationspfade entwickelt. Sie zeigen, wie Unternehmen den Umstieg auf Wasserstoff gestalten können.
1. Direkter Umstieg auf Wasserstoff
Beim direkten Umstieg ersetzt ein Unternehmen die bisherigen fossilen Brennstoffe vollständig durch grünen Wasserstoff.
Das bringt die größte CO2-Einsparung. Die Emissionen können nahezu vollständig verschwinden.
Allerdings ist dieser Weg auch der teuerste. Unternehmen müssen in neue Brenner, Speicher, Leitungen und Sicherheitskonzepte investieren.
Vorteile:
- Maximale CO2-Reduktion
- Schnelle Anpassung an künftige Klimavorgaben
- Langfristig geringere CO2-Kosten
Nachteile:
- Hohe Anfangsinvestitionen
- Abhängigkeit von einer funktionierenden Wasserstoffversorgung
- Aktuell noch hohe Wasserstoffpreise
2. Übergangsmodell über LNG
Eine zweite Möglichkeit besteht darin, zunächst auf LNG umzusteigen. LNG ist verflüssigtes Erdgas. Es verursacht weniger CO2 als Braunkohle oder klassische Kohle und kann später teilweise durch Wasserstoff ersetzt werden.
Die Studie bewertet diesen Weg als wirtschaftlich vorsichtiger. Unternehmen können kurzfristig ihre Emissionen senken und gleichzeitig ihre Infrastruktur so vorbereiten, dass später Wasserstoff genutzt werden kann.
Allerdings ist LNG weiterhin ein fossiler Brennstoff. Deshalb handelt es sich nur um eine Zwischenlösung.
Besonders Unternehmen mit knappen Investitionsbudgets oder unsicherer Wasserstoffversorgung können von einem schrittweisen Vorgehen profitieren.
3. Teilumstieg einzelner Prozessschritte
Beim dritten Weg werden zunächst nur einzelne Produktionsschritte auf Wasserstoff umgestellt. Unternehmen testen den neuen Energieträger in Teilbereichen und erweitern den Einsatz später Schritt für Schritt.
Das senkt das Risiko und ermöglicht praktische Erfahrungen im laufenden Betrieb.
Ein Beispiel: Ein Asphaltwerk könnte zunächst nur den Trocknungsprozess mit Wasserstoff betreiben, während andere Bereiche noch mit Erdgas laufen.
Dieses Modell eignet sich besonders für Unternehmen, die technische Unsicherheiten reduzieren möchten.
Wann sich Wasserstoff wirtschaftlich lohnt
Ein entscheidender Punkt der Studie ist die wirtschaftliche Bewertung. Denn selbst wenn Wasserstoff technisch funktioniert, muss er für Unternehmen auch bezahlbar sein.
Derzeit ist grüner Wasserstoff meist noch teurer als Erdgas oder Kohle. Das liegt vor allem daran, dass die Produktion begrenzt und die Infrastruktur noch nicht vollständig vorhanden ist.
Die Studie kommt jedoch zu einem klaren Ergebnis: Wasserstoff wird wirtschaftlich attraktiver, wenn zwei Faktoren zusammentreffen:
- Die CO2-Preise steigen weiter
- Die Kosten für grünen Wasserstoff sinken
Viele Fachleute gehen davon aus, dass genau dies in den kommenden Jahren passieren wird. Denn je mehr Elektrolyseanlagen gebaut werden und je stärker erneuerbare Energien ausgebaut werden, desto günstiger könnte Wasserstoff werden.
Gleichzeitig verteuern steigende CO2-Zertifikate die Nutzung fossiler Energieträger.
Praxisbeispiel: Wirtschaftliche Rechnung für ein Asphaltwerk
Ein Asphaltmischwerk, das heute mehrere tausend Tonnen CO2 pro Jahr verursacht, muss dafür in Zukunft immer höhere Zertifikatskosten bezahlen.
Wenn der CO2-Preis deutlich steigt, kann es günstiger werden, in Wasserstofftechnik zu investieren. Die Einsparungen bei den Emissionskosten gleichen dann einen Teil der Investition wieder aus.
Hinzu kommen staatliche Förderprogramme, die den Umstieg unterstützen.
Welche Förderungen Unternehmen nutzen können
Bund und Länder unterstützen den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft bereits heute mit verschiedenen Programmen. Unternehmen können beispielsweise Zuschüsse erhalten für:
- Neue Wasserstoffanlagen
- Umbau von Brennern und Produktionsanlagen
- Speichertechnik
- Forschung und Pilotprojekte
- Regionale Infrastruktur
Besonders interessant sind Programme aus dem Klima- und Transformationsfonds, europäische Förderungen sowie regionale Innovationsprojekte.
Die Studie betont, dass Unternehmen Förderprogramme frühzeitig prüfen sollten. Wer wartet, riskiert später höhere Kosten und schlechtere Wettbewerbsbedingungen.
Rechtliche Einordnung: Welche Vorgaben Unternehmen beachten müssen
Der Einsatz von Wasserstoff in der Industrie ist nicht nur eine technische und wirtschaftliche Frage. Unternehmen müssen auch rechtliche Vorgaben erfüllen.
Dazu gehören insbesondere:
- Genehmigungen für neue Anlagen
- Sicherheitsanforderungen beim Umgang mit Wasserstoff
- Baurecht und Immissionsschutz
- Vorgaben aus dem Emissionshandel
- Technische Regeln für Druckbehälter und Leitungen
Wasserstoff ist leicht entzündlich. Deshalb gelten strengere Sicherheitsanforderungen als bei Erdgas. Unternehmen müssen etwa besondere Lagerbehälter, Belüftungssysteme und Schutzkonzepte einsetzen.
Auch Genehmigungsverfahren können zeitaufwendig sein. Die Studie empfiehlt deshalb, Behörden frühzeitig einzubeziehen.
Unternehmen sollten den Umstieg auf Wasserstoff frühzeitig planen. Genehmigungen, Sicherheitskonzepte und Förderanträge können mehrere Monate oder sogar Jahre in Anspruch nehmen.
Welche Branchen besonders profitieren könnten
Auch wenn die Studie ein Asphaltmischwerk untersucht, lassen sich die Ergebnisse auf viele andere Branchen übertragen.
Besonders geeignet sind Prozesse, bei denen sehr hohe Temperaturen benötigt werden. Dort stößt die Elektrifizierung oft an ihre Grenzen.
Profiteure könnten unter anderem sein:
- Stahlwerke
- Zementwerke
- Chemieunternehmen
- Keramik- und Glashersteller
- Papierindustrie
- Müllverbrennungsanlagen
Vor allem Unternehmen mit langfristigem Investitionshorizont sollten sich frühzeitig mit Wasserstoff beschäftigen. Wer heute plant, kann sich Wettbewerbsvorteile sichern.
Grenzen und Risiken der Wasserstoffstrategie
Trotz der positiven Ergebnisse weist die Studie auch auf klare Grenzen hin.
Der wichtigste Punkt: Grüner Wasserstoff wird auf absehbare Zeit knapp bleiben. Die verfügbaren Mengen reichen zunächst nicht aus, um alle Industrien gleichzeitig zu versorgen.
Deshalb müssen Prioritäten gesetzt werden. Wasserstoff sollte vor allem dort eingesetzt werden, wo andere Lösungen kaum möglich sind.
Hinzu kommen weitere Risiken:
- Hohe Investitionskosten
- Unklare Preisentwicklung
- Langsame Genehmigungsverfahren
- Unsicherheit beim Netzausbau
- Abhängigkeit von politischen Entscheidungen
Die Studie warnt deshalb davor, Wasserstoff als Allheilmittel zu betrachten. Nicht jede Anwendung ist sinnvoll oder wirtschaftlich.
In Bereichen, in denen elektrische Lösungen einfacher und günstiger sind, sollte Strom direkt genutzt werden. Wasserstoff eignet sich vor allem für besonders energieintensive Prozesse mit hohen Temperaturen.
Medizinische Grenzen und gesundheitliche Aspekte
Medizinische Wirkungen spielen beim Thema Wasserstoff in der Industrie nur eine untergeordnete Rolle. Trotzdem gibt es gesundheitliche Aspekte, die bei der Nutzung beachtet werden müssen.
Wasserstoff selbst ist nicht giftig. Problematisch kann jedoch der Umgang mit hohen Konzentrationen in geschlossenen Räumen sein. Wenn Wasserstoff austritt, verdrängt er Sauerstoff. Dadurch kann Erstickungsgefahr entstehen.
Zudem ist Wasserstoff leicht entzündlich. Deshalb müssen Beschäftigte geschult werden und geeignete Sicherheitsmaßnahmen einhalten.
Aus medizinischer Sicht gibt es keine Hinweise darauf, dass Wasserstoff bei sachgemäßem Einsatz gesundheitsschädlich ist. Die größten Risiken entstehen durch Brände, Explosionen oder Sauerstoffmangel.
Was die Fraunhofer-Studie für die Zukunft bedeutet
Die Ergebnisse der Studie zeigen deutlich, dass der Umstieg auf Wasserstoff technisch möglich ist. Gleichzeitig wird aber klar, dass der Wandel nur gelingt, wenn Unternehmen strategisch vorgehen.
Ein sofortiger Komplettumstieg ist nicht für jedes Unternehmen sinnvoll. Oft ist ein schrittweises Vorgehen realistischer.
Die wichtigste Erkenntnis lautet deshalb: Es gibt nicht den einen perfekten Weg. Stattdessen müssen Unternehmen prüfen, welche Strategie zu ihrem Standort, ihrer Infrastruktur und ihren wirtschaftlichen Möglichkeiten passt.
Wer frühzeitig plant, Förderungen nutzt und die eigene Infrastruktur vorbereitet, kann langfristig von niedrigeren Emissionen und geringeren CO2-Kosten profitieren.
Zusammenfassung
Die Fraunhofer-Studie zum H2-Innovationslabor zeigt, dass grüner Wasserstoff eine realistische Möglichkeit zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrien ist. Am Beispiel eines Asphaltmischwerks wird deutlich, dass sich fossile Brennstoffe technisch ersetzen lassen und dadurch nahezu alle CO2-Emissionen vermieden werden können.
Besonders wichtig sind eine passende Infrastruktur, moderne Brennersysteme und eine klare Strategie. Unternehmen können zwischen einem direkten Umstieg, einem Übergangsmodell oder einem schrittweisen Teilumstieg wählen.
Wirtschaftlich lohnt sich Wasserstoff vor allem dann, wenn CO2-Preise weiter steigen und die Kosten für grünen Wasserstoff sinken. Trotzdem bleiben Risiken und Grenzen bestehen. Deshalb ist eine sorgfältige Planung entscheidend.
Quelle / Infos / Pressemitteilung: https://idw-online.de/de/news868568 und https://doi.org/10.24406/publica-7623
———-
Autor und Bild: Chad Gregor Paul Thiele
Kein Anspruch / Gewähr auf Aktualität, Vollständigkeit und Richtigkeit der News bzw. Pressemeldung