Der Hype um eine Wasserstoffwirtschaft hält relativ unvermindert an. Die Industrie für fossile Brennstoffe, die Erdgasversorger, Hyundai und Toyota treiben trotz der Grundlagen der Physik und Wirtschaft weiterhin die Illusion voran, dass Wasserstoff eine Quelle für Heizung, Kraftstoff und Energie im Allgemeinen sein wird. Sie werden sich natürlich als falsch herausstellen, es sei denn, ihre schweren Daumen auf der Skala der Politik zwingen uns in diese teure Sackgasse.
Vor drei Monaten habe ich ein heterodoxes Szenario des Wasserstoffbedarfs bis 2100 veröffentlicht (Teil 1, Teil 2, Teil 3). Es zeigte sich, dass der Wasserstoffbedarf sinkt, bevor er wieder etwas ansteigt. Die Argumente, die ich vorbrachte, waren, dass die Sektoren mit der höchsten Nachfrage nach Wasserstoff die Verwendung in Raffinerien zur Herstellung von Motorenkraftstoffen und in Düngemitteln waren, die beide bis Mitte des Jahrhunderts und darüber hinaus erheblich zurückgehen mussten, um die Klimaziele zu erreichen. Das Argument für den Verzicht auf fossile Brennstoffe liegt auf der Hand, und im Fall von Düngemitteln stammt der Wasserstoffanteil davon aus fossilen Brennstoffen, und wenn er auf Feldern ausgebracht wird, wird ein Großteil davon zu Stickoxiden mit einem Treibhauspotenzial, das 265-mal höher ist als das von CO2 . Nur die Stahlherstellung ist in dieser Projektion ein Wachstumsbereich für Wasserstoff, während die meisten anderen Anwendungen flach bleiben oder leicht schrumpfen.
Wasserstoffbedarf nach Bedarfsgebieten bis 2100 Projektion des Autors
Seitdem habe ich eine Vielzahl von Kritikpunkten an meiner Einschätzung bewertet, und die einzige wesentliche Änderung bestand darin, dass die Wasserstoffnachfrage für Raffinerien bis 2100 vollständig verschwunden war. Ein Korrespondent, Ghassam Wakim, der mit Raffinerien im Nahen Osten und anderen Regionen zusammengearbeitet hat, bevor er zu erneuerbaren Energien wechselte, gab Einblicke in die Nicht-Kraftstoff-Aspekte der Raffinerieproduktion. Grundsätzlich produzieren Nicht-Kraftstoff-Emissionen von Raffinerien etwas Wasserstoff als Nebenprodukt, sie konsumieren es nicht. Infolgedessen hat Version 2.0 meiner Wasserstoffbedarfsprognose zusätzlich zu einer schöneren Formatierung im Jahr 2100 überhaupt keinen Wasserstoffbedarf von Raffinerien.
Projektionstabelle für den Wasserstoffbedarf bis 2100 vom Autor
Wie bei meiner Projektion der Flugzeugbetankung bis 2100 lautet die wichtige Frage jedoch: Welche Auswirkungen hat dies auf die CO2e-Emissionen?? Für die Zwecke dieser ersten errötenden Bewertung bin ich ausschließlich bei den Scope-1-Emissionen im Zusammenhang mit der Herstellung von Wasserstoff geblieben. Scope-2- und Scope-3-Emissionen sind kritisch, und sowohl bei fossilen Brennstoffen als auch bei Düngemitteln stellen sie die Emissionen des Wasserstoffs selbst in den Schatten, aber das sind Probleme mit unterschiedlichen Lösungen.
Derzeit machen schwarzer und grauer Wasserstoff aus Kohle und Erdgas über 99% der Wasserstoffherstellung aus, wobei 20-35x und 8-10x so viel CO2 wie die Masse des anfallenden Wasserstoffs entsteht. Es ist zu Erdgas verzerrt, daher habe ich eine anfängliche Basislinie von 15x gewählt und diese bis 2100 auf 4x gesenkt, da jeder Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen stammt, zum größten Teil mit Emissionen umgehen muss. Gleichzeitig wird die Nachfrage nach Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen von Jahrzehnt zu Jahrzehnt sinken, bis ihn nur noch ausbleibende, menschenfeindliche Regionen verwenden. Beachten Sie, dass diese Zahlen für Scope-1-Emissionen aus der Wasserstoffherstellung vom Autor stammen und als solche als signifikante Fehlerbalken betrachtet werden sollten, wie bei den Projektionen des Wasserstoffbedarfs bis 2100.
Er wird durch grünen Wasserstoff ersetzt, der derzeit unter 1% des Gesamtangebots liegt, aber bis 2100 auf 99% des Angebots anwachsen wird. Nach meiner Arbeit habe ich in den Jahren 2018 und 2019 mit dem Carbon Engineering DAC Luft-Kraftstoff-Boondoggle, der PEM-Elektrolyse-Herstellung von Wasserstoff hätte eine Kohlenstoffschuld von etwa dem 10-fachen der Masse von Wasserstoff, der aus Netzstrom mit 200 Gramm CO2e / kWh erzeugt wird, eine für moderne Netze nicht unangemessene Zahl. Diese Zahl wird bis 2100 sinken, da immer mehr erneuerbare Energien ans Netz gehen und das 0,2-fache der Masse an CO2e erreichen als erzeugter Wasserstoff. Wasserstoff wird kohlenstoffarm, aber nur durch vollständig CO2-neutralen Strom kohlenstoffarm, und das ist nicht der globale Standard.
CO2e-Emissionen aus Wasserstoff bis 2100 von Autor
Die Kombination aus schrumpfender Nachfrage bis 2060 bei der Elektrifizierung des Transportwesens und der Abkehr von der Düngemittel- und Dekarbonisierung der Wasserstoffherstellung hin zur erneuerbaren Elektrolyse und der schwachen Hoffnung, dass die Produktion von „blauem“ Wasserstoff dazu führen wird, dass die massiven Emissionen aus Wasserstoff, die wir derzeit erleben, sinken .
Millionen Tonnen CO2e aus der Wasserstoffherstellung bis 2100 Tabelle des Autors
Um dies in einen Kontext zu setzen, verursacht allein die Herstellung von Wasserstoff heute ungefähr so viel CO2e wie der gesamte globale Luftverkehr im Jahr 2019. Auch dieser Sektor wird bis 2100 deutlich an Emissionen zurückgehen, aber nicht mit wasserstoffbetriebenen Flugzeugen.
Wasserstoff trägt wesentlich zur globalen Erwärmung bei, wenn nur Scope-1-Emissionen berücksichtigt werden. Betrachtet man die Emissionen aus schwefelfreien fossilen Brennstoffen, steigen die Emissionen in die Höhe. Betrachtet man die Emissionen von Stickoxiden, die aus Düngemitteln auf den Feldern weltweit ausgebacken werden, steigen die Emissionen in die Höhe.
Deshalb ist Wasserstoff ein Klimaproblem, keine Klimalösung.
Wir können die Wasserstoffherstellung nur langsam dekarbonisieren. Um grünen Wasserstoff etwas wirtschaftlich herzustellen – aber immer noch teurer, als wenn wir die Atmosphäre wie einen offenen Abwasserkanal behandeln dürfen – müssen billige Elektrolyseure mit sehr hohen Kapazitätsfaktoren mit sehr billigem Strom betrieben werden.
Lazard Stromgestehungskosten für Wasserstoffstrom – Best-Case-Szenario
Der Strom, der zu 90 % aus erneuerbaren Energien verfügbar ist, wird nicht unter 20 USD / MWh sinken. Elektrolyseure werden nicht so billig, dass wir sie in Cracker-Klinkenboxen verschenken, wie Paul Martin gerne sagt. Wir werden keinen spottbilligen Wasserstoff aus riesigen Mengen an kostenlosem erneuerbarem Strom in 20 % der Fälle produzieren. Unter anderem müssen noch die Übertragungskosten bezahlt werden.
Während McKinsey in einem seltsamen Bericht prognostiziert, dass die Wasserstoffkosten 2040 15-20% der Preise für schwarzen und grauen Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen ohne CCS ohne CCS im Jahr 2021 betragen werden, der geliefert und unterkühlt wird, ist dies nur eine lächerliche Annahme, die Wirtschaft und Physik ignoriert. Als Ergebnis werden wir einen zunehmenden Anteil an grünem Wasserstoff haben, der den Problembereich von schwarzem und grauem Wasserstoff bis 2100 verdrängt.
Da ist also die schlechte Nachricht / die gute Nachricht. Wasserstoff ist heute ein Problem. Es wird für einen Großteil des Jahrhunderts ein Problem sein. Bis zum Ende des Jahrhunderts werden die CO2e-Emissionen im Zusammenhang mit Wasserstoff jedoch gegen Null gehen. Diese Prognose beruht darauf, dass die Märkte, die Industrie und die politischen Entscheidungsträger letztendlich rational in Bezug auf Wasserstoff sind, was heute knapp ist, wenn Sie der Presse glauben. Aber die Grundlagen der Physik und der Ökonomie haben eine Möglichkeit, Argumente gegen Lobbyisten zu gewinnen, sodass das Wasserstoffproblem beseitigt wird.
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