Mit Zahlen belegt: Wasserstoffwirtschaft wird es nicht geben - Teil 1
Wie einem Esel die Karotte wird uns die Wasserstoffwirtschaft vor die Nase gehalten. Damit wollen uns die Grünen ihre katastrophale Energiepolitik schmackhaft machen. Anhand verständlicher Zahlen wird schnell klar: Nicht einmal zehn Prozent der benötigten Energie kann so innerhalb von 30 Jahren auf Wasserstoff umgestellt werden.
Von Sigrid Petersen
Vorwort
Warum schreibe ich solche Artikel? Es gibt so viele schon bekannte Fakten zur Wasserstoffstrategie, die in etlichen sehr aufschlussreichen Artikeln über die Machbarkeit, wirtschaftliche Umsetzbarkeit und damit über die Sinnhaftigkeit dieses Vorhabens aufklären, dass es doch eigentlich überflüssig erscheint, hier noch einmal damit anzufangen. Ich will versuchen, mit meinen Ausführungen Menschen, die sich noch nicht näher mit dieser Thematik beschäftigt haben, eine Vorstellung von den Dimensionen zu vermitteln, die eine Umsetzung einer Wasserstoffwirtschaft bedeuten würden.
Denn wer kann sich unter Gigawatt, Megawatt oder gar Terawatt als installierte Leistung vorstellen, welche Mengen an Windkraftanlagen oder Solarflächen damit verbunden sind. Wer hat eine Vorstellung davon, was eine 10 Megawatt Elektrolyseanlage für die Stahlindustrie bedeutet, wenn denn 1.500 Tonnen Rohstahl damit produziert werden können sollen. Im Auge des unwissenden Betrachters sind das erst einmal große Zahlen. 1.500 Tonnen sind 1,5 Millionen Kilogramm. Wow!! Und 10 Megawatt sind 10 Tausend Kilowatt. Auch wow!! Das muss ja riesig sein. Solche Trugbilder möchte ich auflösen, indem ich aufzeige, in welchem Verhältnis Nachrichten und Berichte über gepriesene Fortschritte in der Umsetzung zur Realität stehen. Denn wenn man eine Vorstellung davon bekommt, wie eine solche Umsetzung aussehen wird/müsste, wird vielleicht die Frage auftauchen, ob sich diese Ideen noch auf die reale Welt beziehen oder eigentlich in eine Traumwelt verbannt gehören.
Man sollte es nur einmal vernommen haben, damit man ein Argument hat. (Teil 1 von 3)
In den hier als Beispiele herangezogenen Artikeln werden absolut nichts sagende Größen angesichts des Gesamtvorhabens „groß“ geschrieben, die tatsächlich anvisierten Größenordnungen allerdings „klein“ geschrieben. Das Ziel, die "klimaneutrale" Umstellung der Produktion, ist gigantisch. Und die Probleme, um zu diesem Ziel zu kommen sind nach wie vor nicht kleiner. Aus diesem Grund wird wohl jeder kleine Schritt so groß herausgebracht, damit der Leser in der Illusion verbleibt, es ginge ja voran, das Ziel wäre sozusagen in Sichtweite. Aber nicht mehr, wenn man sich an Hand von Zahlen verdeutlicht, um welche Größenordnung es sich tatsächlich handelt.
„Zehn-Megawatt-Elektrolyseschub für klimaneutrales Stahlwerk Bremen“ [1] vom April 2023 und
„EWE und ArcelorMittal Bremen beschließen nächste Wasserstoff-Kooperation“ [2] vom Januar 2024 heißt es in den Artikeln. Im ersten Beitrag wird der Spatenstich für die 10 MW Elektrolyseanlage mit Freude verkündet, die die Basis auf dem Weg zum grünen Stahl in Bremen werden soll. Diese 10 MW Elektrolyseanlage soll 1.500 Tonnen Wasserstoff pro Jahr herstellen.
Zur Wasserstofferzeugung werden 47,5 kWh pro kg benötigt, für 1.500 to also rund 71 GWh. Ein Jahr hat 8.760 Stunden, d. h. die obige Anlage mit einer Auslegung von 10 MW kann 87,6 GWh Energie im Non-stop-Betrieb aufnehmen. Für die angegebene Menge Wasserstoff muss sie an 71/88 ≈ 80% oder 7.000 Stunden im Jahr laufen. Offshore Windkraftanlagen bieten heute mit max. 40% i.M. oder rund 3.480 Volllaststunden pro Jahr die höchste Nutzbarkeit der "erneuerbaren Energien" (off-, onshore, Solar).
Man sieht schon, was von den Angaben in [1] und [2] zu halten ist. Schließen wir uns dem Optimismus an oder beten zu wem auch immer, dass in Lücke von 905 Stunden die Sonne brezelt und durch Solaranlagen zur Verfügung gestellt wird.
Die primäre Energieerzeugung bei diesen Annahmen sieht also folgendermaßen aus:
- eine offshore WKA à 9,5 MW installierter Leistung, die pro Jahr 50% * 10 MW * 8.760 h = 33 GWh Energie bereitstellt.
- eine onshore WKA à 4,5 MW installierter Leistung, die pro Jahr 20% * 10 MW * 8.760 h = 8 GWh Energie bereitstellt.
- eine Solaranlage, die an 905 h mit "Brezelsonne" die Lücke von 41 auf 44 GWh schließt, also über eine installierte Leistung von 3,4 MW verfügt.
- Bei angenommener Spitzenleistung ("Brezelsonne") von 5 kW pro Quadratmeter ist sie 17.000 Quadratmeter groß, was etwa zweieinhalb Fußballfeldern entspricht, erhalten wir maximal 923 t Wasserstoff.
Um nun 1.500 t Wasserstoff über die 10 MW Elektrolyseanlage zu erhalten, fehlt noch ein Gaskraftwerk. Ein 8-MW Gaskraftwerk, das pro Jahr 39% * 8760 h = 27 GWh Energie bereitstellt, könnte dann die Lücke zu den 1.500 t Wasserstoff schließen.
An dieser Stelle sollte nur einmal deutlich gemacht werden, dass die installierte Leistung der Erneuerbaren noch einmal um fast die Hälfte mittels Gaskraftwerk aufgestockt werden müsste, um die „gewünschte“ Menge Wasserstoff pro Jahr zu erhalten.
Es wird allgemein davon ausgegangen, dass sich die Rohstahlproduktion deutlich hin zur Schrottverwertung verschieben wird und sich der Energieaufwand dadurch reduziert. Man geht von rund 1.900 kWh/t Eisenschwamm (als Vorprodukt zum Rohstahl) für die Direktreduktion plus 300 kWh H2/t Rohstahl auf der Elektroroute aus. Für die Elektrostahlroute und elektrische Prozesse im Direktreduktionsverfahren werden noch weitere rund 570 kWh/t Rohstahl erforderlich, in Summe also 2.770 kWh pro to Rohstahl.
Diese Bremer Modellanlage erzeugt nun Wasserstoff, um damit "grünen" Stahl zu erzeugen. Also lassen wir das Gaskraftwerk weg.
Mit den 44 GWh "grüner" Energie pro Jahr, können damit jährlich (höchstens) 14.000 to Rohstahl erzeugt werden, oder, bei angenommenen 280 Produktionstagen im Jahr, 50 t pro Tag.
Dieser Stahl lässt sich täglich weiter verarbeiten in:
- rund 83 Pkw,
- etwa 10 Zugdrehgestelle,
- oder 2.000 Lastenfahrräder
Das sind leider erst 0,38% der aktuellen Gesamt-Rohstahlproduktion Bremens. Die Autoren von [1] und [2] versprechen ab 2028 einen Ausbau der oben beschriebenen Anlage um 320 MW, also eine Verzweiunddreißigfachung. Gebaut werden müssen für den Betrieb dieser Anlage (Anlagen für die Elektrostahlroute inbegriffen):
- weitere 10 offshore Windkraftanlagen (zu 0,35 für 10 MW)
- weitere 124 onshore Windkraftanlagen (zu 4,6 für 10 MW)
- weitere 190 fußballfeldgroße PV-Anlagen (zu 5,8 für 10 MW)
Immerhin 12% des aktuell in Bremen erzeugten Rohstahls wären jetzt "grün". Damit ließen sich immerhin schon 2.660 PKWs täglich fertigen, was durchaus eine relevante Größe darstellt. Der Bremer Autobedarf ließe sich damit decken, es ist auch noch genügend für den Export in andere Länder vorhanden.
Die Bremer liefern aber nicht nur Stahl für den Automobilbau. Sie produzieren heute, wofür auch immer, 3,7 Millionen Tonnen Rohstahl pro Jahr. Das ist, im Verhältnis zur 10 MW-Anlage (14.000 to), das rund 260-fache.
Bei einer „vollständigen“ Umstellung der Bremer Hütten auf "grün" sind dazu lediglich weitere 1.358 Fußballfelder PV- und 71 offshore und 965 onshore Windkraftanlagen und eine 2,3 GW (2.300 MW) Elektrolyseurleistung notwendig.
Vollständig grün ist die Bremer Stahlproduktion erst dann, wenn die Direktreduktionsanlagen und die Elektrostahlroute rund um die Uhr laufen, denn die Stahlarbeiter wird man nicht nach Hause schicken wollen, weil kein Wind weht und die Sonne nicht scheint. Das bedeutet, die Überschussenergie aus wind- und sonnenreichen Stunden muss gespeichert werden. Aus eigenen Berechnung über Volllaststunden Wind- und Sonnenanlagen 2022-2024 ergeben sich für Bremen ca. 28.000 t notwendige Wasserstoffspeicherkapazität.
Somit ergeben sich für Bremen mit einer Elektrolysekapazität von 2.300 MW ca. 71 offshore-Anlagen 9,5 MW, 670 onshore-Anlagen 4,5 MW und 1.360 fussballfeldgroße PV-Anlagen sowie Wasserstoffspeicher mit einem Volumen von ca. 390.000 m³. Die Untersuchung der Volllaststunden (Teil 3) hat ergeben, dass auf 21-23 Wochen mit der Möglichkeit Überschussenergie einspeichern zu können, 30 Wochen (oder auch mehr) mit durchgehender Unterproduktion folgen können.
Noch eine kleine Anmerkung: mit der Rohstahlproduktion liegt noch lange nicht das Endprodukt vor. Wir befinden uns hier immer noch in der Primärmetallurgie. In der Sekundärmetallurgie wird der Rohstahl dann zu Stahl verarbeitet.
Wer weiter machen möchte, kann das tun: Der Anteil der Bremer Stahlerzeugung an der gesamtdeutschen liegt bei 11%, der Anteil an der Weltproduktion immerhin bei 0,8%.
Aber …. und das ist auch erwähnenswert: für die Zukunft scheint die Roheisenherstellung in der Prioritätenliste ganz am Ende zu stehen. Das bedeutet, dass damit gerechnet werden kann, dass die Eisenschwammproduktion ganz ins wasserstoffherstellende Ausland verlagert ist und Deutschland dort einkauft. Somit sind notwendigen Elektrolyseur- und Wasserstoffspeicherkapazitäten um ein Vielfaches reduziert. An diese Strategie sind dann wiederum andere „Herausforderungen“ für die weiterverarbeitende Stahlindustrie geknüpft.
Grundlage aller Berechnungen:
jeweils 20% offshore-, 65% onshore- und 15% PV-Anteil, insgesamt 4.385 Volllaststunden aus PV 905 h + offshore mit 3.480 h (also etwas schön gerechnet)
Artikel im Text referenziert:
2 https://lbst.de/wp-content/uploads/2022/04/2022-03-30-HySteel-LBST_Emissionsfreie_Stahlerzeugung.pdf (S. 56)