Energie aus erneuerbaren Quellen gehört die Zukunft - und grüner Wasserstoff soll sie speichern. Doch Deutschland allein wird mit seinen begrenzten Flächen kaum genug produzieren können. Der afrikanische Kontinent hingegen schon. Forscher errechnen nun, welche Standorte sich besonders lohnen.

Wasserstoff gilt als zentraler Baustein für das Energiesystem der Zukunft. Denn er kann überschüssigen Strom aus regenerativen Quellen speichern, er lässt sich relativ einfach transportieren und er kann wieder in andere Energieformen wie Wärme und Strom umgewandelt werden. Wasserstoff spielt auch in der chemischen Industrie eine große Rolle und wird zum Beispiel bei der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen verwendet.

Wirtschaft 08.03.23

Grüne Energie aus Afrika Großanlage in Mauretanien soll Wasserstoff liefern

Der Bedarf an Wasserstoff wird künftig also enorm steigen. Klar ist, dass wir hierzulande nicht den gesamten Bedarf an grünem, also regenerativ erzeugtem Wasserstoff werden decken können. "Wir schätzen, dass Deutschland etwa die Hälfte des von uns errechneten Wasserstoffbedarfes in Höhe von 12 Millionen Tonnen selbst produzieren kann", sagt Detlef Stolten. Das haben der Leiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung am Forschungszentrum Jülich (FZJ) und sein Team in einer Gesamtanalyse des deutschen Energiesystems kalkuliert.

Hälfte des Wasserstoffs importieren

In Zusammenarbeit mit der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation in Deutschland. Ihre Aufgabe ist es, durch Spitzenforschung dazu beizutragen, große und drängende Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft zu lösen.

Folgen:

"Wir haben natürlich auch die Kostenseite beachtet und dabei ist eines besonders interessant: Wir können einen großen Teil unseres Wasserstoffbedarfs in Deutschland billiger selbst herstellen, als ihn zu importieren." Im Umkehrschluss heißt das aber auch, dass die andere Hälfte eingekauft werden muss. Um mögliche Partnerländer für den Import von grünem Wasserstoff zu finden, muss man die Potenziale für die Erzeugung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen kennen. Welche das speziell im südlichen und westlichen Afrika sind, wollte das Jülicher Team im Rahmen des Projektes "H2Atlas-Africa" herausfinden.

Ziel des Projektes ist es, eine Win-win-Situation für die afrikanischen Länder und für Deutschland zu schaffen. Der Atlas ist dabei eine wichtige Basis. Denn er ermöglicht es den lokal agierenden Personen, lohnende Gebiete für die Wasserstofferzeugung schnell zu identifizieren, Investoren zu gewinnen, Demoprojekte zu entwickeln und damit Schritt für Schritt eine eigene, nachhaltige und unabhängige Wertschöpfungskette aufzubauen.

Potenzial für Standorte berechnen

Das würde nicht nur die schnell wachsende Wirtschaft in diesen Ländern unterstützen. Es würde gleichzeitig klimaschädlichen Emissionen entgegenwirken, die mit dem schnellen Wachsen von Volkswirtschaften in der Vergangenheit fest verbunden waren. Deutschland, so die Hoffnung in Berlin, würde wiederum von einem wachsenden Wasserstoffweltmarkt profitieren, indem es verlässliche Partner:innen auf Augenhöhe für den Handel mit der wertvollen Ressource gewinnen kann.

"Wir haben das Potenzial für die Wasserstofferzeugung aus den Potenzialen der erneuerbaren Energien an den Standorten errechnet", erzählt Detlef Stolten. Das passiert alles rein virtuell am Computer, mit ausgeklügelten Modellen und Algorithmen. "Unser Ausgangspunkt ist immer die Landfläche der zu untersuchenden Regionen in Quadratkilometern", erklärt er. "Und da gehen wir mit knapp 30 Ausschlusskriterien heran." Das sind all die Stellen, wo definitiv keine Anlagen für erneuerbare Energie platziert werden können. Oder sollten.

Viele Gebiete sind tabu

Siedlungen zum Beispiel. Aber auch Straßen, Stromtrassen und Bahnlinien gehören dazu. "Natürlich auch Naturschutzgebiete", sagt der Forscher. "Und alles andere, wo man logischerweise einfach nicht bauen kann." Wasserflächen, Sümpfe und Wälder werden ebenso ausgeschlossen, wie Gebiete mit mehr als 10 Prozent Steigung. Denn in bergigen Gebieten ist das Bauen einfach schwieriger. Übrig bleibt eine Fläche, die man theoretisch mit Erneuerbaren belegen könnte.

Für Deutschland - das hat er in einem früheren Projekt bereits gerechnet - sind das zum Beispiel zwei Prozent der Festlandfläche. "Und die bebauen wir dann mit den entsprechenden Erneuerbaren", sagt Stolten. "Natürlich virtuell durch unsere Algorithmen." Daraus ergibt sich ein Potenzial. Das bedeutet: Im Rechner stehen Windräder und Photovoltaikanlagen durchaus auch in Konkurrenz zueinander.

Algorithmus bestimmt richtige Energiequelle

Wissen 27.03.23

Versteckte Wasserquelle entdeckt Winzige Glaskugeln könnten Mond-Besiedlung ermöglichen

"Dann fügen wir die Wetterdaten hinzu und sehen zum Beispiel, wo ganz wenig Wind weht und der Strom aus Windrädern deshalb recht teuer wird." Vielleicht scheint an diesen Orten aber oft die Sonne? Dann bevorzugt der Algorithmus dort die Photovoltaik. Denn die wird da wohl auf Dauer den preiswerteren Strom liefern. "Aus all diesen Informationen entwickelt das Programm nun Gebiete, wo Erneuerbare aufgebaut werden könnten. Damit ergibt sich eine wirklich kostenorientierte, sinnvolle Verteilung in Form eines Atlas."

Doch das ist für die Wasserstoffwirtschaft erst die halbe Miete. Denn das gefragte Gas wird gewonnen, indem man Wasser mit regenerativem Strom zerlegt. Elektrolyse nennt sich dieser Vorgang. Das dafür nötige Wasser, das haben Stoltens Teammitglieder untersucht, sollte unbedingt aus der Meerwasserentsalzung kommen. Denn allein ethische Gründe verbieten es, die nicht unerheblichen Mengen aus den Trinkwasserreserven abzuzweigen. "Die Kosten für die Entsalzung haben wir mit unter 0,5 Cent pro Kilowattstunde Strom berechnet", sagt Detlef Stolten. "Also in einem sehr, sehr kleinen Bereich. Und damit ist das leistbar."

Hotspots identifiziert

Zusätzlich haben der Forscher und sein Team alle Daten und Verfahren in ihr System eingegeben, die zum virtuellen Aufbau einer Elektrolyse und eines Transportnetzes nötig sind. Natürlich wurden dabei auch entsprechende Häfen berücksichtigt. Genauso wie die Verflüssigung des Wasserstoffs und der anschließende Transport - zum Beispiel nach Deutschland.

"Wir haben in mehreren Ländern des westlichen und südlichen Afrikas verschiedene Hotspots für die Wasserstoffproduktion identifiziert", sagt Solomon Nwabueze Agbo. Der Physiker vom Forschungszentrum Jülich koordiniert das Projekt "H2Atlas-Africa". "Unsere Ergebnisse haben gezeigt, dass die Region generell für die Produktion von grünem Wasserstoff attraktiv ist."

Dabei ist er sicher, dass der Atlas ein sehr wichtiges Instrument für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft ist. "Er liefert einen Einblick in die Potenziale und Möglichkeiten auf regionaler, aber auch auf Länderebene." Das würde Investoren bei der Standortwahl unterstützen.

Weiterlesen: Dieser Artikel erschien zuerst auf helmholtz.de.