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Energiewende Schweiz«Wir kommen nicht um den Wasserstoff herum»

Der Energieexperte Christian Bach ist überzeugt, dass die Schweiz ohne den Energieträger Wasserstoff keine CO₂-freie Energieversorgung aufbauen kann.

In Europa und auch in der Schweiz soll schon bald ein Wasserstoff-Tankstellennetz entstehen:  Wasserstoff-Tankstelle in München.
In Europa und auch in der Schweiz soll schon bald ein Wasserstoff-Tankstellennetz entstehen: Wasserstoff-Tankstelle in München.
Foto: Thomas Ernsting (Laif)

Die EU setzt auf eine Wasserstoffstrategie, um die Klimaziele des Pariser Abkommens zu erfüllen. Auch die Schweiz will mitziehen. Sie fordert zusammen mit sechs EU-Staaten die EU-Kommission auf, einen Fahrplan für die Nutzung von Wasserstoff auszuarbeiten. Erste grosse Demonstrationsprojekte sind in unserem Land am Laufen. Die erste kommerzielle Wasserstoffanlage ist beim Laufwasserkraftwerk Gösgen für die Nutzung im Schwerverkehr seit diesem Jahr in Betrieb. Die Hyundai Motor Company und das Schweizer Unternehmen H2 Energy planen, bis 2025 1600 Brennstoffzellen-Lastwagen auf den Schweizer Markt zu bringen. Das Gas kann elektrolytisch hergestellt werden, indem Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Heute wird der Energieträger vor allem aus Erdgas und Erdöl produziert. In Zukunft soll er elektrolytisch CO₂-frei durch Überschussenergie der Wind- und Solarkraft hergestellt werden. Christian Bach vom Materialforschungsinstitut Empa forscht seit Jahren an Verfahren, wie sich Wasserstoff in Mobilität nutzen lässt. Er sieht die Schweizer Energiezukunft ohne CO₂-Emissionen nur mit diesem Energieträger.

Die Option Wasserstoff war jahrelang vom Tisch. Nun wird sie wieder zum Thema. Warum brauchen wir diesen Energieträger in der Schweiz?

Ohne ihn sehe ich nicht, wie die Schweiz das Netto-null-CO2-Ziel bis 2050 einhalten will. Wir müssen dabei die Energieversorgung der Zukunft als Gesamtsystem mit Strom- und Wärmeproduktion sowie Mobilität betrachten. Da kommen wir an den Wasserstofftechnologien wohl nicht vorbei.

Hängt denn der geplante Ausbau der Solarenergie vom Wasserstoff ab?

Der Ausbau der Fotovoltaik, wie ihn die Revision des Energiegesetzes vorsieht, produziert so viel Solarstrom, dass selbst mit Zubau grosser Speicherkapazitäten ein nennenswerter Anteil nicht nutzbar ist. Der Solarstrom fällt einfach zu konzentriert an. Gelingt es uns nicht, diese Energie möglichst vollumfänglich zu nutzen, zum Beispiel auch für die Wasserstoff-Herstellung, könnte der Ausbau ins Stocken geraten.

In Zukunft wird die Bevölkerung wachsen, die Elektromobilität braucht mehr Strom, im Sommer werden mehr Klimaanlagen laufen. Und trotzdem haben wir solche Überschüsse?

Ja, und dies trotz gleichzeitigem Ausstieg aus den Atomkraftwerken – allerdings nur im Sommerhalbjahr. Im Winterhalbjahr ist es genau umgekehrt. Wenn man die Werte über das ganze Jahr mittelt, sieht es deshalb recht unproblematisch aus. Diese Rechnung ist aber falsch, weil sie nicht der physikalischen Realität entspricht, denn Stromangebot und Stromnachfrage müssen jederzeit ausgeglichen sein. Aber auch wenn man die dafür notwendigen Speicherkapazitäten einrechnet, werden wir im Sommerhalbjahr grosse Mengen an temporär überschüssiger erneuerbarer Elektrizität haben.

Wie steht es mit Pumpspeicherkraftwerken oder Elektroboilern als temporären Speichern?

Beide spielen eine wichtige Rolle. Letztere, wenn sie auf sparsamere Wärmepumpenboiler umgestellt werden und nicht zu fixen Zeiten Strom verbrauchen, sondern dann, wenn Strom im Überangebot vorhanden ist. Pumpspeicherkraftwerke spielen eine zentrale Rolle, weil Strom aus PV-Anlagen unregelmässig anfällt. Pumpspeicherkraftwerke weisen heute eine Speicherkapazität von circa 300 Gigawattstunden (GWh) auf. Das reicht aber nicht. Bei einem Ausbau der PV braucht es zusätzliche Speicherkapazitäten im Umfang von 60 bis 100 GWh, um einen Tag-Nacht-Ausgleich im Sommerhalbjahr über Wochen realisieren zu können.

An was für Speicher denken Sie dabei?

Das könnten stationäre Speicher in Gebäuden oder auch Batterien von parkierten Elektroautos sein. Hochgerechnet auf den Speicherbedarf sind das 6 bis 10 Millionen Batterien à 10 Kilowattstunden, die im Sommerhalbjahr primär tagsüber als Pufferspeicher zur Verfügung stehen müssen.

Und trotzdem braucht man noch Wasserstoff?

Selbst wenn es uns gelingt, diese Speicher zuzubauen, werden wir im Sommerhalbjahr immer noch grosse Mengen an überschüssigem Strom haben. Wasserstoff ist eine Möglichkeit, diese zu nutzen. Durch die Umwandlung in einen chemischen Energieträger kann erneuerbare Elektrizität auch in andere Energiesektoren wie die Industrie oder den Langstreckenverkehr transferiert werden. Das ist wichtig, um langfristig die Klimaziele zu erfüllen.

Ist denn die chemische Stromspeicherung nicht vor allem für den fehlenden erneuerbaren Strom im Winter sinnvoll?

Die Idee, Solarüberschüsse im Sommer so zu speichern, dass sie im Winter zur Verfügung stehen, ist naheliegend. Dies halte ich allerdings aus Kostengründen für unrealistisch, aber auch aus energetischer Sicht für unnötig. Es ist ökologisch und ökonomisch vorteilhafter, überschüssige erneuerbare Elektrizität im Sommerhalbjahr für die Langstreckenmobilität wie Lastwagen oder die Industrie nutzbar zu machen und im Winterhalbjahr notwendige erneuerbare Energie aus Ländern zu importieren, die dann viel Wind oder Solarenergie haben und Überschüsse produzieren.

Wird die Energie in Form von Strom oder als Wasserstoff importiert?

Möglicherweise weder noch, sondern als «synthetische» gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe. Zu ihnen gehört zum Beispiel Methan. Das sind aus Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) «künstlich» hergestellte Energieträger. Ihr grosser Vorteil: Sie können vergleichsweise kostengünstig transportiert werden, weil es Transportsysteme wie etwa Gasnetze und Expertenwissen aus der fossilen Zeit bereits gibt. Diese Brennstoffe könnten dann wieder zum Beispiel im Winter in Blockheizkraftwerken in Strom und Wärme umgewandelt werden.

«Meine Wunschvorstellung ist, dass sich die energieimportierenden Branchen verpflichten, bis 2050 auf den Import fossiler Energie zu verzichten.»

Christian Bach

Wasserstoff mit Strom herzustellen und für die Mobilität zu verwenden, ist viel ineffizienter, als direkt mit Strom zu fahren.

Betrachtet man nur das Teilsystem «Fahrzeug», haben Sie recht. Aber wenn Wasserstoff aus überschüssiger Elektrizität erzeugt wird, erhöht dies die Effizienz des gesamten Energiesystems, weil dann weniger Energie abgeregelt werden muss, indem man etwa Fotovoltaikanlagen vom Netz nehmen muss, obwohl die Sonne
scheint. In einem Energiesystem mit erneuerbarer Energie verliert die Effizienz von Teilsystemen etwas an Bedeutung.

Ist die Elektromobilität nicht eine zu starke Konkurrenz für die Wasserstoff-Option?

In den meisten Fällen ist nicht das Auto der limitierende Faktor, sondern die Energieversorgung. Ich gehe davon aus, dass Elektroantriebe im regionalen Einsatz sowie im Kurz- und Mittelstreckenverkehr bei den Personenwagen eine starke Verbreitung finden werden und Wasserstoffantriebe im regionalen Güter- und Busverkehr. Für den überregionalen Personenwagen- und Güterverkehr, für Baumaschinen und landwirtschaftliche Fahrzeuge und den Flugverkehr wird es grösstenteils synthetische Treibstoffe brauchen, hergestellt aus Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2). Eine Netto-null-CO2-Mobilität ohne Wasserstofftechnologien ist für mich nicht vorstellbar.

Wasserstoff wird auch in Zukunft teurer als die fossile Energie sein?

Aus wirtschaftlicher und betrieblicher Sicht sind deshalb lokale und regionale Lastwagen- und Busanwendungen dafür prädestiniert, weil der Energiekostenanteil an den Gesamtkosten niedrig ist. Zudem sind
Wasserstoff-Lastwagen von der Schwerverkehrsabgabe befreit, weshalb ein wirtschaftlicher Einsatz des teureren Wasserstoffs möglich ist. Solche Fahrzeuge verkehren zudem auf vordefinierten Routen. Dafür
reicht in vielen Fällen eine noch reduzierte, aber gezielt aufgebaute Betankungsinfrastruktur.

«Wird der Schwerverkehr von der Schwerverkehrsabgabe befreit, wird in Zukunft ein wirtschaftlicher Einsatz des teureren Wasserstoffs möglich sein.»

Christian Bach

Werden wir denn in der Schweiz genügend überschüssigen Strom für die Wasserstoffherstellung zur Verfügung haben, damit sich die heute noch sehr teure Elektrolyse lohnt?

Ja – ausser der Zubau von erneuerbarer Energie gelingt nicht so wie vorgesehen. Schlussendlich haben wir aber kaum Alternativen, um die Klimaziele zu erfüllen.

Was muss zuerst kommen, um die Technologie zu fördern, der Ausbau der erneuerbaren Energie oder eine verstärkte Produktion von Wasserstoff?

Das sollte Hand in Hand gehen. Werden die Rahmenbedingungen zu schwach oder zu spät auf erneuerbare Energie ausgerichtet, etablieren sich möglicherweise Zwischenlösungen, die hinsichtlich CO2 nichts oder wenig bringen. Im Wasserstoffbereich wäre das der Fall, wenn dieser aus fossilen Quellen hergestellt würde. Wird Wasserstoff zum Beispiel mit Strom aus Gaskombikraftwerken produziert, sind die CO2-Emissionen sogar höher als bei einem Dieselfahrzeug.

Wir sind in der Schweiz noch weit entfernt davon, mit Solarenergie im grossen Stil Wasserstoff herzustellen.

Wir befinden uns noch immer im «Pilot- und Demonstrationszeitalter». Um auf eine nächste Stufe zu kommen, braucht es klarere Marktsignale. Vereinzelt sind solche Signale bereits zu sehen. Meine Wunschvorstellung ist, dass sich die energieimportierenden Branchen verpflichten, bis 2050 auf den Import fossiler Energie zu verzichten – auch im Winter. Vor einem solchen Hintergrund könnten sich in Pilot- und Demonstrationsprojekten erprobte Technologien und Marktmodelle industriell weiterentwickeln und auf dem Markt etablieren; technologieneutral und wettbewerblich. Wasserstofftechnologien würden in einem solchen Szenario zweifellos eine wichtige Rolle spielen.