Wasserstoffinvestitionen So wird die Wasserstoff Wertschöpfungskette durch AIoT und Echtzeit-Daten optimiert

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Um die gesteckten Klimaziele bis 2050 zu erreichen, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen wasserstoffprodu­zierenden Ländern und Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette erforderlich.

Das Paket „Fit für 55“, das die EU im Mai 2024 beschlossen hat, ist ein Eckpfeiler der Strategie, die darauf abzielt, die Energieversorgung auf erneuerbare, CO₂-arme Gase umzustellen. Es umfasst auch Regelungen zur Schaffung eines wettbewerbsfähigen Wasserstoffmarkts für die Entwicklung einer speziellen Infrastruktur und die Einrichtung eines europaweiten Kern-Netzes der Wasserstoffnetzbetreiber. Diese Maßnahmen erleichtern den Handel mit Drittstaaten und unterstützen die Umstellung auf erneuerbare Energien.

Die Nationale Wasserstoffstrategie für Deutschland definiert seit 2023 den Ausbau der Elektrolysekapazität für grünen Wasserstoff im Land auf 10 GW bis 2030. Damit sieht die Bundesregierung den heimischen Bedarf zu 30 bis 50 Prozent gedeckt. Ergänzend dazu sollen Importmengen von 45 bis 90 TWh Wasserstoff (entspricht 1,5 bis 3 Millionen t pro Jahr), den deutschen H2-Bedarf decken. Weiter gilt die Vorgabe, dass 42 Prozent des industriell verbrauchten Wasserstoffs bis 2030 aus grünen Quellen stammen müssen.

So soll eine umfassende Infrastruktur entstehen, die Verbraucher mit Produktions- und Importstandorten verbindet - als Teil eines europäischen Wasserstoff-Backbones. Der Einsatz des "grünen" Gases wird vorrangig in der Chemie- und Stahlindustrie, im Schwerlastverkehr sowie zunehmend im Luft- und Seeverkehr gefördert. Um die Wasserstoffwirtschaft voranzutreiben, sollen außerdem Planungs- und Genehmigungsverfahren beschleunigt und gesetzliche Rahmenbedingungen verbessert werden.

Produktion unter Strompreis-Druck

Der Strompreis hat einen erheblichen Einfluss auf die Produktion von grünem Wasserstoff. In Deutschland sind die Strompreise in den letzten Jahren stark gestiegen, und die Stromkosten machen mittlerweile 75 bis 80 % der Gesamtkosten für die Wasserstoffproduktion aus. Der Ausbau heimischer Produktion von grünem Strom muss massiv vorangetrieben werden, um diese Kosten zu senken, wobei Photovoltaik- und Windkraftanlagen eine zentrale Rolle spielen. Bis 2035 will Deutschland die PV-Kapazitäten auf 180 GW und die Offshore-Windenergie auf 50 GW steigen, damit auch kleinere Elektrolyseure wirtschaftlich betrieben werden können.

Die inländische Erzeugung steht jedoch vor wirtschaftlichen Herausforderungen: Grüner Wasserstoff aus inländischer Produktion ist mit 9 bis 11 €/kg teurer als blauer Wasserstoff oder Erdgas. Umso wichtiger ist es daher, die Potenziale bei der Wasserstofferzeugung optimal zu analysieren, Prozesse durch KI-Technologien zu digitalisieren und Effizienzsteigerungen in der Produktion zu erreichen.

Der Ausbau der bundesweit installierten PV-Kapazitäten stellt die Stromnetzbetreiber vor große Herausforderungen. Denn sie müssen sich auf bidirektionale Stromflüsse einstellen, da aus Verbrauchern gleichzeitig Erzeuger, sogenannte "Prosumer", werden. Prosumer erzeugen einen Teil ihres Stroms selbst und nehmen am Markt teil. Sie entscheiden, wie sie den Strom am effizientesten nutzen, etwa indem sie ihn ins Netz einspeisen, in Gas umwandeln oder speichern.

Große unterirdische Kavernenspeicher können die Produktionsschwankungen ausgleichen, die durch die Volatilität des erneuerbaren Stroms entstehen. Pilotprojekte in Deutschland haben die Machbarkeit der Speicherung bewiesen, und Großprojekte sind in Entwicklung.

Wasserstoff Wertschöpfungskette: Neue Lieferländer für Energie und Transportkosten

Deutschland wird Wasserstoff importieren müssen, um den nationalen Bedarf zu decken, der bis 2045 auf 453 TWh anwachsen soll und damit die inländische Produktion übersteigt. Länder wie Norwegen, Spanien und Länder in Nordafrika bieten günstige Produktionsbedingungen für Wasserstoff aus Wind und Sonne und eine vorhandene Infrastruktur. Die Importkosten variieren je nach Herkunftsland erheblich, wobei der Schifftransport aus entfernten Regionen teurer ist als der Transport über bereits bestehende Pipelines.

Effiziente Nutzung bestehender Pipelines

Der Transport von Wasserstoff ist über bestehende Pipelines möglich, entweder rein oder gemischt mit Erdgas. Die Umrüstung von Erdgaspipelines für den Wasserstofftransport ist kosteneffizient und unterstützt eine schnelle Dekarbonisierung der Gasversorgung. Das H2-Backbone-Netz, das zu 75 Prozent aus umgerüsteten Erdgaspipelines besteht, wird das Herzstück der zukünftigen Wasserstoffinfrastruktur in Europa sein. Projekte wie „H2ercules“ zeigen, dass erhebliche Investitionen in die Umrüstung der Gasnetze für den Wasserstofftransport notwendig sind.

Digitalisierung der Wasserstoff Wertschöpfungskette

Die Digitalisierung spielt eine zentrale Rolle bei der Optimierung der Wasserstoff Wertschöpfungskette. Digitale Plattformen, Echtzeit-Daten, Simulationen und künstliche Intelligenz sind entscheidend, um die Vielzahl an Produzenten und Verbrauchern miteinander zu vernetzen und den Betrieb effizient zu gestalten.

• Technologien wie Blockchain werden genutzt, um die Herkunft und den Transportweg von Wasserstoff zu verfolgen. Dies schafft Transparenz und verhindert Betrug, was für die Preisgestaltung und das Vertrauen der Käufer entscheidend ist.
• KI und erweiterte Analytik beschleunigen Innovationen und senken die Betriebskosten. KI-gestützte Lösungen ermöglichen die Überwachung und Steuerung in Echtzeit, was die Betriebskosten deutlich senken kann. Darüber hinaus dient eine robuste Datenbank als verlässliche Kalkulationsgrundlage für Projekt- und Investitionsentscheidungen und sichert so Investitionen in eine nachhaltige, dekarbonisierte Wirtschaft.
• Digitale Zwillinge ermöglichen die virtuelle Modellierung von Anlagen und Prozessen, was die Echtzeitüberwachung und Optimierung erleichtert. Diese Tools unterstützen die Planung und den effizienten Betrieb von Wasserstoffprojekten.
• Integrierte Plattformen vernetzen die Akteure entlang der Wasserstoff Wertschöpfungskette, fördern den Datenaustausch und erleichtern die Zusammenarbeit. Dies verbessert die Entscheidungsfindung und erhöht die Effizienz der Wasserstoffwirtschaft (AspenTech) (AIChE).
• Das Internet der Dinge (IoT) spielt eine Schlüsselrolle bei der Überwachung und Verwaltung der Wasserstoffinfrastruktur. Echtzeitdaten erleichtern die Anpassung der Produktionsraten und die Verwaltung der Lieferketten. Das erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Systeme.

Wasserstoff Wertschöpfungskette: Fazit

Eine steigende Zahl kleiner und mittelgroßer Produzenten von grünem Wasserstoff wird ergänzt durch eine ebenso steigende Zahl potenzieller Verbraucher. Diese müssen in einem komplexen Netz gegenseitiger Abhängigkeiten einen flexiblen Betrieb sicherstellen, um möglichst effizient agieren zu können. Dadurch wandelt sich einerseits die Bedeutung auf der Anbieterseite von wenigen marktbeherrschenden Großkonzernen hin zu einer schnell wachsenden Anzahl von Kleinproduzenten und angeschlossenen Serviceanbietern. Andererseits bringt der Rohstoff „erneuerbare Energie” eine große Volatilität mit sich, der sich sämtliche angeschlossenen Verwertungsketten flexibel anpassen müssen, um möglichst effizient arbeiten zu können.

Ohne eine umfassende Digitalisierung, den Einsatz von KI und erhebliche Investitionen in Infrastruktur und Technologie wird es nicht gelingen, die gesamte Wasserstoff Wertschöpfungskette von Wasserstoff – von der Erzeugung über den Import und Transport bis hin zur Speicherung – effektiv zu steuern. KI-gestützte Lösungen und IoT-Technologien schaffen kosteneffiziente Interaktionen und liefern stabile Prognosen für wirtschaftliche Risiken, was die Investitionssicherheit gewährleistet und zur Gesamteffizienz der Wasserstoffwirtschaft beiträgt. Die Zukunft der europäischen Wasserstoffwirtschaft hängt maßgeblich davon ab, wie schnell und effizient diese Herausforderungen gemeistert werden.