In letzter Zeit haben eine Vielzahl von Studien und Memes eine seltsame Verzerrung der Realität zum Ausdruck gebracht, die stark von der Lobbyarbeit der Öl- und Gasindustrie und PR-Gruppen unterstützt wird. Die Behauptung ist, dass Gaspipelines viel mehr Energie viel billiger transportieren als die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).
Um es klarzustellen, dies ist unter bestimmten Umständen tatsächlich wahr. Es ist einfach völlig falsch in jeder echten dekarbonisierten Welt. Was sind das für besondere Umstände? Nun, Sie brauchen eine bestehende Pipeline zwischen einer bestehenden konzentrierten Erdgasreserve und einem Energienachfragemarkt, der dieses Erdgas verwendet. Mit anderen Worten, wenn sich die Welt überhaupt nicht ändern muss, dann macht es Sinn, Moleküle zu bewegen. Leider hält das nicht der geringsten Überprüfung stand.
Die Autoren der Beiträge – Saadiet al. im Jahr 2018 und deSantis et al. im Jahr 2021 – scheinen ihr Herz auf dem richtigen Fleck zu haben, sie ziehen nur so willkürlich die Systemgrenzen um ihr Studium herum, dass sie zu irreführenden Ergebnissen führen. Saadiet al. sind wahrscheinlich nützlicher und weniger leicht falsch darzustellen, haben aber immer noch Herausforderungen. Und diese irreführenden Ergebnisse werden von denselben Organisationen verstärkt, die seit Jahrzehnten Klima- und Lösungsdesinformationen verstärken.
Lassen Sie uns das Problem aufschlüsseln.
Zunächst habe ich auf Systemgrenzen verwiesen. Beide Studien gehen von einer 1000 Meilen langen Energieübertragungsstrecke aus und beschränken sich darauf, Energie als Gas, Flüssigkeit oder Elektrizität über diese Entfernung zu bewegen. Für Erdgas, das durch eine Pipeline aus einem Erdgasförderbetrieb fließt, ist dies eine vernünftige Wahl. Aber es fällt schnell auseinander für Wasserstoff vs. Strom. Es gibt keine natürlichen Wasserstoffreserven, die gewonnen werden können, es sei denn, Sie stellen ihn aus Erdgas oder Kohle her, und die Menschen, die Gasreserven und die von ihnen wegführenden Pipelines besitzen, wollen das wirklich tun.
Aber der Vergleich mit HGÜ wird sofort problematisch. Beide Papiere gehen davon aus, dass es eine konzentrierte Wasserstoffquelle gibt, die in die Pipeline eingebracht werden soll. Die Herstellung von grünem Wasserstoff zu knapp 1,00 USD pro kg, was nur dem Doppelten der Kosten von Erdgas pro Energieeinheit vor den Spitzen des letzten Jahres entspricht, erfordert jedoch 0,01 USD pro kWh Strom, der rund um die Uhr an spottbillige Elektrolyseure in der Großindustrie geliefert wird Wasserstoffherstellungsanlagen, die es nicht gibt. Um eine gesicherte Stromversorgung rund um die Uhr zu erreichen, muss die Anlage viele neue Windparks und Solarparks bauen, viel Übertragung von den erneuerbaren Energien zur Anlage bauen und darüber hinaus Speicher bauen.
Mit anderen Worten, die gesamte HGÜ, die erforderlich ist, um Energie von den erneuerbaren Erzeugungsstandorten zu den Energiebedarfszentren zu transportieren, würde ebenso benötigt wie die Wasserstoffpipelines. Der Wegfall des Zwischenhändlers für die Wasserstoffpipeline ist systemisch viel billiger, was die Studien völlig verfehlen.
Zweitens wird Wasserstoff immer noch nicht billig sein. Während ich der Meinung bin, dass der massive Ausbau von erneuerbaren Energien, Übertragung und Speicherung bis 2100 oder so zu etwa 0,02 US-Dollar pro kWh Strompreis im Jahr 2020 führen wird, ist dies das allerletzte Spiel eines vollständig dekarbonisierten Netzes. Und es ist immer noch doppelt so kostspielig pro kWh, wie die Bewertungen von unter 1 $ pro kg erfordern, wodurch die Energie pro Energieeinheit viermal so teuer ist wie Erdgas. In der realen Welt der nächsten zwei Jahrzehnte wird festgeschriebener 24/7/365-Strom viel näher an 0,10 $ pro kWh oder dem Zehnfachen des Bedarfs von 1 $ pro kg liegen.
Drittens gibt es das nächste Problem, Exergie. Das deSantis-Papier erkennt es zumindest an, weist es dann aber zurück. Exergie ist die Menge an nützlicher Arbeit, die von der energietragenden Substanz geliefert werden kann, sei es Strom, Wasserstoff oder Gas. Elektrizität hat eine sehr hohe Exergie. Wenn Sie eine MWh oder 3.600 Megajoule oder 3,4 mmbtu Strom haben, dann haben Sie eine MWh Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Aber wenn Sie die gleichen Einheiten für Erdgas oder Wasserstoff verwenden, fällt es schnell auseinander.
Die größte Nutzung von Erdgas erfolgt mit etwa 40 % für die Stromerzeugung. Die neue Wasserstoffherstellungs- und -speicheranlage in Utah wird GuD-Gasgeneratoren zunächst mit Erdgas, dann mit einer Mischung aus Erdgas und Wasserstoff und zu einem mythischen Zeitpunkt in der Zukunft nur noch mit Wasserstoff betreiben. Aber GuD-Gasgeneratoren haben einen Wirkungsgrad von etwa 50 % bei der Umwandlung von Erdgas in Strom. Wasserstoff-Brennstoffzellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 60 % bei der Umwandlung von Wasserstoff in Strom. Mit anderen Worten, diese 3.600 Megajoule oder 3,4 mmbtu Gas entsprechen in der realen Welt nur etwa 0,5 bis 0,6 MWh.
Viertens sei darauf hingewiesen, dass bei der Herstellung von grünem Wasserstoff etwa 20 % der Energie im Strom verschwendet werden. Wir werden das ein bisschen effizienter machen, aber es sind kleine und inkrementelle Schritte mit einer wahrscheinlichen harten Obergrenze von 86 % Effizienz. Wir werfen also hochexergetische elektrische Energie weg, wenn wir grünen Wasserstoff herstellen, und wir werfen 40 % bis 50 % der Energie im Wasserstoff weg, wenn wir ihn wieder in hochexergetische Elektrizität umwandeln, die wir für etwas verwenden können.
Schließlich gibt es noch die Übertragung selbst. HGÜ-Leitungen von Wind- und Solarparks zu Verbrauchszentren haben Energieverluste von 3,5 % pro 600 Meilen oder weniger, während Wasserstoff zum Komprimieren und Verrohren dreimal so viel Energie benötigt wie Erdgas. Diese Energie muss auch irgendwo herkommen.
Durch das enge Ziehen der Systemgrenzen und das Ignorieren von Exergie werden die Vergleiche zutiefst irreführend und erwecken den Anschein, als wäre es ein Kinderspiel, Wasserstoff in Pipelines zu stecken, wenn es alles andere als ist.
Und es führt zu Leuten wie Löwe Hirthpromovierter Energieökonom und ansonsten vernünftiger Klimaschutzwonk, Posting irreführende Memes auf LinkedIn, was mich schließlich dazu veranlasst hat, diesen Artikel zu schreiben. Er hat folgendes behauptet:
„Eine Pipeline (z. B. Nord Stream 1) kann Gas im Wert von 540 TWh pro Jahr transportieren. Das ist das 30-fache der Energie, die Sie durch eine HGÜ-Leitung leiten können. Dreißig.”
Er hat ein Balkendiagramm ohne Referenzzitate zu untermauernden Daten, die dies zeigen. Die Nord Stream 1 ist übrigens ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 4 Fuß und einer Wandstärke von 1,6 Zoll, das etwa 1.000 Meilen lang ist.
Aber es fällt auseinander, wenn Sie anfangen zu rechnen. Wenn Sie alle Verluste addieren, liefert es gemäß der obigen Bewertung nicht 540 TWh, sondern die Hälfte davon, wenn die Exergie berücksichtigt wird. Und wenn Sie all die zusätzliche Infrastruktur und die Verluste zusammenzählen, wird noch viel mehr weggeworfen.
Auch die Größe der HGÜ-Leitung ist irreführend. Es ist keine einsträngige HGÜ, die niemand bauen würde, sondern eine kleine HGÜ-Übertragungsleitung, die etwa 18 TWh pro Jahr liefern kann, die zum Vergleich ausgewählt wurde, um die Pipeline-Energie besser aussehen zu lassen. Zum besseren Vergleich liefert die 6.400-MW-HGÜ-Verbindung vom Xiangjiaba-Staudamm nach Shanghai in China 56 TWh pro Jahr mit 5 % Energieverlust für die 1.000 Meilen.
Machen Sie die Pipeline-Energie viel kleiner und die HGÜ-Leitung zu einer wirklich realen Größe, und plötzlich sinkt das 30-fache um eine Größenordnung. Und das ist, bevor Sie die gesamte HGÜ-Infrastruktur bauen, um festen Strom zum Kopf der Pipeline zu bringen, und die riesige Wasserstoffanlage zur Herstellung der Moleküle bauen.
All dies soll sagen, dass wir in Zukunft, wo Wasserstoff als Molekül benötigt wird – und auch dies ist ein rückläufiger Markt, kein Wachstumsmarkt, da wir die meisten Raffinationen von Öl eliminieren und unsere Abhängigkeit von Düngemitteln aus fossilen Brennstoffen verringern – dies tun werden Wasserstoff vor Ort mit festem, hochexergetischem Strom herstellen, der auch den Rest der Industrieanlage mit Strom versorgt, und kein massives Wasserstoffverteilungssystem bauen, das auch mit sich bewegenden Elektronen massiv überflüssig ist.
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