02.03.2023

Studie: Grüner Wasserstoff zum Heizen ist dreimal so teuer wie Wärmepumpen

Eine kürzlich erschienene Studie von Forschern der ETH Zürich zeigt: Für die Energiewende im Wärmesektor sind vor allem Wärmepumpen geeignet. Grüner Wasserstoff sei zu teuer, und blauer sei nicht mit den Klimazielen vereinbar.

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Es war im Jahre 1766, als der englische Wissenschaftler Henry Cavendish mit Metallen und Säuren experimentierte und dabei beobachtete, dass ein Gas entsteht. Dieses bezeichnete er damals als “brennbare Luft”, da Wasserstoff in Kombination mit Sauerstoff oder Luft leicht entflammbar ist. Schon Jahre davor experimentierten Wissenschaftler mit Wasserstoff. Doch Cavendish soll der erste gewesen sein, der Wasserstoff als eigenständiges Element anerkannte. Es gibt kein Element, das häufiger auf der Erde und im Universum vorkommt.

Vor allem in Bezug auf die Energiewende werden besonders viele Hoffnungen auf Wasserstoff gesetzt. Im Vereinigten Königreich ist beispielsweise ein Dorf geplant, das nur mit Hilfe von Wasserstoff beheizt werden soll. Wissenschaftler der ETH Zürich haben nun in einer kürzlich erschienenen Studie untersucht, welche Rolle Wasserstoff im Wärmesektor spielen kann und ob es Sinn macht, mit dem unsichtbaren Gas in Europa und Großbritannien zu heizen.

Heizen in Europa

Bisher werden europäische Gebäude vor allem mit fossilen Energieträgern wie Erdgas beheizt. Dadurch entstehen circa 13 Prozent der Gesamtemissionen der EU und des Vereinigten Königreiches. Um bereits gesetzte Klimaziele auf europäischer und nationaler Ebene zu erreichen, braucht es aber eine Abkehr von fossilen Energieträgern. Mit dem Erneuerbaren-Wärme-Gesetz hat die österreichische Regierung beispielsweise beschlossen, dass alle Gasheizungen bis 2040 durch ein “modernes, erneuerbares Heizsystem ersetzt oder mit erneuerbarem Gas” betrieben werden müssen.

Wenn von erneuerbarem Gas gesprochen wird, ist meist die Rede von Biogas, Biomethan oder synthetischen Gasen, wie Wasserstoff oder synthetischem Methan. Wie umweltfreundlich Wasserstoff ist, hängt aber vor allem von der Produktionsmethode ab. So gibt es beispielsweise grünen, blauen, grauen, pinken oder türkisen Wasserstoff. In der erwähnten Studie wurden vor allem die Systemkosten von grünem und blauem Wasserstoff untersucht.

Der Unterschied zwischen grünem und blauem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff wird hergestellt, indem Wasser in seine Bestandteile zerlegt wird. Dafür braucht es Energie. Bei grünem Wasserstoff stammt diese aus erneuerbaren Quellen, wie Sonnen- oder Windenergie und ist somit emissionsarm. Laut IEA werden derzeit rund 0,04 Prozent des weltweit produzierten Wasserstoffs aus Erneuerbaren produziert.

Blauer Wasserstoff wird meist mithilfe von fossilem Erdgas hergestellt. Das dabei entstehende CO2 wird teilweise im Erdboden gespeichert. Die Methode birgt aber das Risiko weiterer Emissionen, die beispielsweise aufgrund von Methan Lecks entstehen und da es technisch nicht möglich ist 100 Prozent des CO2 im Erdboden zu speichern.

Wärmepumpen und Wasserstoff im Vergleich

Wie können Gebäude in Europa im Jahr 2040 möglichst kostengünstig und umweltfreundlich beheizt werden? Dieser Frage gingen die Forscher der ETH Zürich nach und haben dafür 13 verschiedene Szenarien für die Verringerung der Emissionen der Wärmeversorgung modelliert und miteinander verglichen. Die Szenarien umfassen beispielsweise eines, bei dem die gesamte Gebäudewärme zu 100 Prozent aus grünem Wasserstoff stammt und ein anderes mit 100 Prozent blauem Wasserstoff.

Im Fokus standen die 27 EU-Mitgliedsstaaten und das Vereinigte Königreich, sowie kohlenstoffarme Heiztechnologien, insbesondere Wärmepumpen und Wasserstoff. Die Autoren der Studie, die im “Energy Conversion and Management” Journal veröffentlicht wurde, entnahmen die erwartbaren Kosten aus Projektionen für das Jahr 2040. Die in dieser Studie vorgestellten Szenarien sollen politische Entscheidungsträger:innen bei der Entscheidung unterstützen, welche Wege im Rahmen der Energiewende am sinnvollsten sind und weiter erforscht werden sollten.

Wärmepumpen schnitten ökonomisch und ökologisch am besten ab

Im Bereich des Heizens sind elektrische Wärmepumpen in Europa bis zu dreimal günstiger, wenn man sie mit einem Szenario vergleicht, bei dem 100 Prozent grüner Wasserstoff zum Heizen genutzt wird. Dieses Szenario würde auch die planetaren Grenzen überschreiten. Das sei auf die Umweltauswirkungen zurückzuführen, die mit dem Bau der notwendigen Infrastruktur für zusätzliche erneuerbare Energieträger einhergehen. Für die Herstellung von grünem Wasserstoff brauche man laut International Energy Agency (IEA) fünf bis sechsmal mehr Wind- und Solarkapazität als für die Bereitstellung der gleichen Wärme durch Wärmepumpen.

Laut den Forschern seien alle Szenarien, einschließlich jenem, das sich zu 100 Prozent auf das Heizen mit elektrischen Wärmepumpen fokussiert, ökonomisch teurer als das jetzige auf fossilen Brennstoffen basierende System. Allerdings wurde mit Gaspreisen vor der Energiekrise gerechnet. Da ein wesentliches Ziel ist, Emissionen zu verringern, schlussfolgern die Autoren, dass sich die Energiepolitik auf die Subventionierung von Wärmepumpen fokussieren sollte. Auch die IEA schlussfolgerte im Vorjahr, dass Wärmepumpen die zentrale Technologie sind, um möglichst kohlenstoffarm zu heizen.

Blauer Wasserstoff wäre nur für einen kleinen Teil der Gebäude eine relativ kostengünstige Option zum Heizen, aber nur, wenn die Gaspreise auf Vorkrisenniveau wären. Die globale Energiekrise macht blauen Wasserstoff also weniger wettbewerbsfähig und es sei damit zu rechnen, dass die Gaspreise in naher Zukunft hoch und volatil bleiben werden. Entscheidend sei laut den Autoren auch, dass die Treibhausgasemissionen, die bei der Produktion von blauem Wasserstoff entstehen, “weit davon entfernt” sind, nachhaltig zu sein.

Wasserstoff ist wichtig, aber kein Allheilmittel

Die Ergebnisse dieser Studie stünden laut den Autoren auch mit bisherigen Studien in Einklang. So kam eine Analyse, bei der 32 unabhängige Studien verglichen wurden, zu folgendem Ergebnis: Wasserstoff zum Heizen von Haushalten sei weniger wirtschaftlich, weniger effizient, Ressourcen intensiver und mit größeren Umweltauswirkungen verbunden als Alternativen, wie zum Beispiel Wärmepumpen oder Fernwärmesysteme.

Laut den Forschern könne Wasserstoff in manchen Fällen dennoch zum Heizen genutzt werden, da der Kampf gegen die Klimakrise eine Reihe von Technologien erfordert. Die Erkenntnisse dieser Arbeit würden aber darauf hindeuten, dass Wärmepumpen und Strom aus erneuerbaren Energien in den meisten Fällen Vorrang vor wasserstoffbasierten Heizsystemen haben sollten. Expert:innen kommen in anderen Studien zu dem Ergebnis, dass die aus Wasserstoff gewonnenen Wärme nur einer Nischen-Rolle zuzuweisen sei.

Die Hitze hatte Europa in diesem Sommer fest im Griff. Die EU-Kommission möchte daher im Oktober einen Rahmen für Klimaresilienz vorlegen und 100 der am stärksten gefährdeten Gebiete Europas benennen. Das Wiener Unternehmen refinq ist bereits einen Schritt voraus und stellt seit heute eine Liste zur Verfügung, die alle 1.165 Regionen der 27 EU-Länder nach ihrer klimatischen Exposition reiht. Österreichische Gebiete sind ab Rang 294 zu finden.

„Wir veröffentlichen das vollständige Ranking und die Methode dahinter, nicht nur die Top 100. Jede und jeder kann nachsehen, wo die eigene Region steht und wie wir dorthin gekommen sind“ sagt refinq-Co-Founder und Co-CEO Lukas Fischer. Refinq bewertet dabei vier Gefahren: Hitze, Wasserknappheit, Waldbrand und Hochwasser. Diese Gefahren werden zu einem kombinierten Wert zusammengefasst, der durch einen einfachen Mittelwert auf einer Skala von 0 bis 100 dargestellt wird. Die Kennzahlen beschreiben den Zeitraum von 2066 bis 2085 in einem Hochemissionspfad.

Die Karte zeigt, „was physisch auf dem Spiel steht“

„Die Kommission wird sagen, welche Gebiete gefährdet sind. Unsere Karte zeigt, was dort physisch auf dem Spiel steht. Das sind zwei verschiedene Fragen, und Europa braucht auf beide eine Antwort“, erklärt Franziska Walde, Co-Founder und Managing Director. Dabei betont refinq, dass Exposition nicht dasselbe ist wie Vulnerabilität. Das refinq-Ranking misst, wie stark die vier Klimagefahren in einer Region ausgeprägt sind. Es misst nicht, wie gut diese Region darauf vorbereitet, finanziert oder geschützt ist. Die kommende Bewertung der Kommission bezieht die Vulnerabilität mit ein.

Italien am gefährdetsten

Italiens Region Ferrara belegt auf dieser Liste von refinq den unbeliebten ersten Platz. Die norditalienische Region kommt auf 97,4 von 100 möglichen Punkten, wobei die Hitze das führende Risiko ist. Insgesamt liegen 40 italienische Regionen in den Top 100. Mit Spanien und Griechenland stellen diese drei Länder fast drei Viertel der exponiertesten 100 Regionen dar. Österreich höchstplatzierte Region ist das Weinviertel. Bis 2080 steigt dort die Hitzeexposition um zwei Stufen auf der fünfstufigen Skala von refinq, die Wasserknappheit um eine Stufe auf die zweithöchste.