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Wasserstoff ist eine umweltfreundliche Alternative zu Methan, auch bekannt als Erdgas. Er ist das am häufigsten vorkommende chemische Element und macht schätzungsweise 75 % der Masse des Universums aus. Auf der Erde sind Unmengen von Wasserstoffatomen in Wasser, Pflanzen, Tieren und natürlich in Menschen enthalten. Obwohl er in fast allen Molekülen der Lebewesen vorkommt, ist er als Gas sehr selten - weniger als ein Teil pro Million Volumenprozent.
Wasserstoff kann aus einer Vielzahl von Ressourcen wie Erdgas, Kernkraft, Biogas und erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind gewonnen werden. Die Herausforderung besteht darin, Wasserstoff als Gas in großem Maßstab als Brennstoff für Haushalte und Unternehmen nutzbar zu machen. Wenn Erdgas verbrannt wird, liefert es Wärmeenergie. Als Abfallprodukt entsteht jedoch neben Wasser auch Kohlendioxid, das, wenn es in die Atmosphäre gelangt, zum Klimawandel beiträgt. Wenn wir stattdessen Wasserstoff verbrennen, ist das einzige Abfallprodukt Wasserdampf.
Wasserstoff wird bereits als Kraftstoff verwendet. Es gibt bereits Autos, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben werden. In Japan gibt es 134 öffentliche Wasserstofftankstellen, an denen man genauso leicht Wasserstoff tanken kann wie Benzin oder Diesel, und zwar in der gleichen Zeit wie bei einem herkömmlichen Benzinauto. In Deutschland gibt es über 90 dieser Wasserstofftankstellen, und die Vereinigten Staaten liegen mit 46 Stationen an dritter Stelle [Daten aus 2021].
Wasserstoff ist auch eine interessante, leichtgewichtige Kraftstoffoption für den Straßen-, Luft- und Schiffsverkehr. Das internationale Lieferunternehmen DHL verfügt bereits über eine Flotte von mehr als 100 "H2-Kastenwagen", die 500 km ohne Nachtanken zurücklegen können. Demnach steht Wasserstoff in Konkurrenz mit Elektroautos, die Müncon auch abdeckt.
Die Druckgasspeicherung (Verdichtung) hatte 2019 einen dominierenden Anteil von rund 40 %, da komprimierter Wasserstoff in verschiedenen Sektoren am häufigsten verwendet wird:
A) Stationäre Energieerzeugung
B) Wasserstofftankstellen
C) Wasserstoff-Fahrzeuge
D) Straßentransport
Die Flüßiggasspeicherung Branche wurde 2019 auf 3,8 Mrd. USD geschätzt. Die Speicherung von Wasserstoff in flüssiger Form hat im Vergleich zur Kompressionsspeichertechnologie den großen Vorteil der Energiedichte. Flüssigtanks haben eine höhere Energiedichte, wodurch mehr Wasserstoff in einem bestimmten Volumen gespeichert werden kann. Allerdings beeinträchtigen die Verdampfungsverluste aufgrund des hohen Energiebedarfs für die Verflüssigung von Wasserstoff die Kosteneffizienz und Sicherheit der Speichertechnologie.
Materialbasierte Wasserstoffspeicher Materialbasierte Wasserstoffspeicehr sollen eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 5,1 % über den Prognosezeitraum aufweisen. Die Technologie, die aus Hydrid-Speichersystemen, Flüssigwasserstoffträgern und Oberflächenspeichersystemen besteht, hat im Vergleich zu anderen Speichertechnologien eine hohe volumetrische Speicherdichte. So absorbiert Palladium beispielsweise Wasserstoffgas mit einem Volumen, das etwa dem 1000-fachen seines eigenen Volumens entspricht.
Das Flüssigsegment wurde 2019 auf 4,7 Milliarden USD geschätzt. Es wird erwartet, dass das Segment während des Prognosezeitraums wachsen wird, da flüssiger Wasserstoff in Anwendungen nachgefragt wird, die einen hohen Reinheitsgrad des Wasserstoffs erfordern, wie z. B. in der Chipindustrie. Obwohl flüssiger Wasserstoff eine höhere Energiedichte als seine gasförmige Form hat, ist er mit zusätzlichen wirtschaftlichen Kosten verbunden. Die schwere Isolierung der Flüssigkeitstanks und die erforderliche Verflüssigung bei -253 Grad Celsius werden das Wachstum des Segments bis 2027 voraussichtlich behindern.
Metallhydride sind die am besten geeigneten Materialien zur Wasserstoffspeicherung, da sie leicht in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können, z. B. in Wärmepumpen, thermischen Speichern oder Fahrzeugen mit geringer Reichweite (Gabelstapler, öffentliche Verkehrsmittel oder kleinere Nutzfahrzeuge). Hinsichtlich der Anwendungen umfasst der Wasserstoffspeichermarkt die Bereiche stationäre Stromversorgung, tragbare Stromversorgung und Transport. Es wird erwartet, dass die steigende Nachfrage nach Wasserstoff für die Stromerzeugung das Wachstum des Wasserstoffspeichermarktes im Prognosezeitraum vorantreiben wird.
Die Verwendung von Wasserstoff als stationäre Energiequelle ist in Krankenhäusern, Flughäfen, Einzelhandelsgeschäften, Haushalten, Lebensmittelgeschäften, Telekommunikationsnetzen, Unternehmen und Versorgungsunternehmen weit verbreitet. Das Transportsegment wird in den kommenden Jahren voraussichtlich am schnellsten wachsen, da die Produktion von Brennstoffzellenautos zunimmt und Wasserstoff-Brennstoffzellen verschiedene Vorteile zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bieten.
Anfang 2021 haben über 30 Länder Wasserstoff-Roadmaps veröffentlicht, und die Industrie hat mehr als 200 Wasserstoffprojekte angekündigt. Mehr als 70 Mrd. USD wurden von den Regierungen in öffentlichen Förderprogrammen zugesagt. Diese Dynamik zieht sich durch die gesamte Wertschöpfungskette der Wasserstoffindustrie und beschleunigt die Kostensenkungen und die technologische Entwicklung in den Bereichen Wasserstofferzeugung, -übertragung, -verteilung, -handel und -endanwendungen. Weltweit wurden 228 Wasserstoffprojekte angekündigt, die zwischen 2021 und 2030 entwickelt werden sollen, darunter 17 grüne Wasserstoffprojekte im Giga-Format.
Von den 200 Wasserstoffprojekten stammen 85 % aus Europa, Asien, Australien, Nord- und Lateinamerika, dem Nahen Osten sowie aus Afrika. Betrachtet man die Gesamtinvestitionen aller 200 Projekte, so werden bis 2030 über 300 Mrd. USD für Wasserstoffprojekte ausgegeben - das entspricht 1,4 % der weltweiten Energiefinanzierung mit steigender Tendenz.
Viele europäische Länder haben gemäß dem Green Deal der Europäischen Union und in dem Bestreben, die lokale Wertschöpfungskette zu stärken, in die Suche nach kohlenstofffreien Alternativen für Industrie und Verkehr investiert. Auf Europa folgen Asien mit 46 und Ozeanien mit 24 Projekten. Von den genannten 300 Mrd. USD können derzeit nur 80 Mrd. USD als Investitionen betrachtet werden, die sich entweder in der Planungsphase befinden, eine endgültige Investitionsentscheidung getroffen haben oder mit einem im Bau befindlichen Projekt verbunden sind.
Bei der Analyse des globalen Marktes für Wasserstoffunternehmen wurden im Juni 2021 363 Unternehmen ermittelt, deren Haupttätigkeit die Herstellung, Verarbeitung oder Wartung von Wasserstoff ist. Es gibt weitaus mehr Unternehmen, die Wasserstoff-Dienstleistungen anbieten (weitere 1056 Unternehmen), deren Haupttätigkeit jedoch in verschiedenen Industriezweigen wie Automobil, Luftfahrt, Chemie, Logistik, Stahl oder Energie liegt. Die Ansammlung dieser 363 identifizierten Wasserstoffunternehmen findet vor allem in Deutschland und den USA statt. Über 80% dieser Unternehmen befinden sich noch in einer frühen Wachstumsphase. Daher sind Informationen über Umsatz und Mitarbeiterzahl nur schwer zu ermitteln. Etwa 98% dieser 363 Unternehmen bieten B2B-Dienstleistungen an, nur 2% bieten B2C-Dienstleistungen an.
Es wird erwartet, dass sich die weltweite Nachfrage nach Wasserstoff zwischen 2017 und 2050 fast verdoppeln wird. Das Potenzial zur Verringerung des Kohlenstoffausstoßes durch die Verwendung von Wasserstoff anstelle anderer Kraftstoffe wird bis 2050 auf fast 110 Tonnen Kohlendioxidäquivalent pro Jahr geschätzt, wenn der Wasserstoff durch Methanpyrolyse hergestellt wird. Infolge der zunehmenden Bemühungen, die globale Erwärmung auf ein Minimum von +2 Grad Celsius zu begrenzen, dürfte der Wasserstoffbedarf bis 2050 weltweit auf 78 Exajoule ansteigen.
Heute wird der meiste Wasserstoff durch Dampfreformierung von Methan in Erdgas gewonnen und gilt daher als fossiler Brennstoff. Grüner Wasserstoff, der aus erneuerbarer Elektrolyse gewonnen wird, dürfte jedoch in naher Zukunft billiger und in größerem Umfang verfügbar sein, was ihn zu einer wichtigen emissionsfreien Energie- und Kraftstoffquelle für den Verkehr machen würde. Betrachtet man den Anteil der Endverbraucher an der Wasserstoffnachfrage, so wird erwartet, dass der Verkehrssektor bis 2050 mit 29 % den größten Anteil haben wird. Auf den Verkehrssektor folgen die Bereiche Industrieenergie mit 21 %, Gebäudeheizung und Stromerzeugung mit 14 % und die Nutzung vorhandener Ausgangsstoffe mit 13 %.
Im Jahr 2019 entfielen fast 75 % des globalen Marktanteils für Wasserstoff-Energiespeicher auf das Gassegment, und es wird erwartet, dass es bis Ende 2027 dominieren wird, angetrieben durch die große Nachfrage aus dem Verkehrssektor und die niedrigen Speicherkosten für komprimierten Wasserstoff. Der asiatisch-pazifische Raum hielt 2019 den größten Anteil und generierte fast die Hälfte des globalen Wasserstoff-Energiespeichermarktes. Die aufstrebenden Volkswirtschaften im asiatisch-pazifischen Raum führen verschiedene ausländische Anlagen ein und verbessern so die Produktionseffizienz. Im Vergleich zu Asien, Europa und Nordamerika werden die Länder der LAMEA-Region (Lateinamerika, Naher Osten und Afrika) bis 2027 die schnellste CAGR von 8,60 % erzielen, was auf die Zunahme von Messen und Ausstellungen zurückzuführen ist, die neue Technologien fördern, so die Vorhersage des Berichts.
Es wird erwartet, dass die weiter sinkenden Kosten der erneuerbaren Energieerzeugung aus Sonnen- und Windenergie den Markt für die Speicherung von Wasserstoff in den nächsten Jahren ankurbeln werden. Nach Angaben der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) sollte Wasserstoff aus erneuerbaren Energien zu einem Preis von weniger als 2,5 USD pro kg erzeugt werden, damit er mit Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen wettbewerbsfähig ist. Der Preis hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. Produktionsstandort, Marktsegment, Stromtarife für erneuerbare Energien, Investitionen in künftige Elektrolyseure und Transportkosten. Es liegt auf der Hand, dass niedrige Preise für die Wasserstoffproduktion zu einem verstärkten Einsatz von Energiespeichersystemen führen werden.