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StartseiteHintergrundWie Hamburg zur Wasserstoff-Metropole werden will09.02.2021

Energienutzung ohne AbgaseWie Hamburg zur Wasserstoff-Metropole werden will

Wasserstoff gilt schon lange als zukunftsträchtiger Energieträger: bei seiner Verbrennung entsteht nur Wasser. Gut fürs Klima ist Wasserstoff vor allem dann, wenn er mit erneuerbaren Energien hergestellt wird. Hamburg will bald Deutschlands größter Produzent von "grünem" Wasserstoff sein.

Von Axel Schröder

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Die Elektrolyse-Anlage im nach Unternehmensangaben größten netzgekoppelten Wasserstoff-Kraftwerk Europas in der Firma Apex Energy. Vom Herbst dieses Jahres an werde Apex grüne Energie für Industrie und Gewerbe, Wohnungsgesellschaften, für den öffentlichen Nahverkehr oder zur Zwischenspeicherung von Regelenergie liefern. Jährlich könne so ausschließlich regenerativen Energiequellen bis zu 300 Tonnen Wasserstoff erzeugt werden. (dpa/Jens Büttner)
Die Elektrolyse-Anlage kann jährlich aus ausschließlich regenerativen Energiequellen bis zu 300 Tonnen Wasserstoff erzeugen. (dpa/Jens Büttner)
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Michael Westhagemann ist noch nicht am Ziel. Aber Hamburgs Senator für Wirtschaft und Innovation konnte Anfang Februar immerhin einen Etappensieg verkünden. Auf großer digitaler Bühne, vor dem internationalen Publikum der online abgehaltenen Schiffbau-Messe SMM, schilderte der einstige Siemens-Manager Westhagemann seine Pläne für den Hamburger Hafen.

"Jeder weiß, wir haben sehr strenge Klimaziele. Vor allem in Hamburg. Und dann müssen wir prüfen: wie ist die Situation in unserem Hafen? Und wenn wir uns unseren Hafen anschauen, liegt dort auch eines der größten Industriegebiete. Und die Frage ist: wie können wir unseren Hafen dekarbonisieren? Und wir glauben, dass das möglich ist mit grünem Wasserstoff!"

   (imago / Alexander Limbach) (imago / Alexander Limbach)Energiewende - Das Projekt grüner Wasserstoff nimmt Fahrt auf
Der Energieträger Wasserstoff ist ein dringend benötigter Pfeiler, um die Energiewende voranzutreiben und das Pariser Klimaschutzabkommen zu erreichen. Nicht zuletzt könnte sich Wasserstoff als Segen für die deutsche Wirtschaft erweisen - wenn er durch erneuerbare Energien gewonnen wird.

Aufspaltung von Wasser in Sauer- und Wasserstoff

Der "grüne Wasserstoff" soll durch Elektrolyse gewonnen werden, also durch die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Die dafür nötige Energie, so die Vision, soll aus erneuerbaren Quellen, aus Windparks stammen. So erhält man klimaneutral erzeugten Wasserstoff, mit dem nicht nur die Raffinerien im Hamburger Hafen versorgt werden könnten, sondern zum Beispiel auch das Stahlwerk von Arcelor Mittal.

Wasserstoff gilt schon lange als zukunftsträchtiger Energieträger, denn bei seiner Verbrennung entsteht im Prinzip nur Wasser. So genannter "blauer Wasserstoff" wird aus klimaschädlichem Erdgas gewonnen, das frei werdende CO2 wird aber abgespalten und tief unter der Erde entsorgt. Von grünem Wasserstoff ist die Rede, wenn er mit Hilfe erneuerbarer Energien hergestellt wird. Hamburg will zur zentralen Drehscheibe für diesen grünen Wasserstoff werden. Damit könnten eines Tages Schiffe, sogar Flugzeuge klimaneutral angetrieben werden, schwärmt Hamburgs Wirtschaftssenator. Und auch der Schwerlastverkehr könnte CO2- und abgasfrei und durch den Hafen fließen.

"Jeden Tag sind dort 15.000 Lkw unterwegs, 200 Eisenbahnen. Und die Frage ist, wie wir diese Bereiche klimaneutral organisieren können. Und wir glauben, dass wir da eine sehr gute Ausgangslage haben. Vor allem, wenn man sich ganz Norddeutschland anschaut. Unsere Nachbarn haben jedenfalls genug erneuerbare Energien."

Mit dem Einsatz erneuerbarer Energie

Seit vier Jahren arbeiten Hamburg und Schleswig-Holstein auf dem Energiesektor eng zusammen. Das Projekt "Norddeutsche Energiewende 4.0" verbindet die Hansestadt als Verbrauchsregion mit der Erzeugerregion zwischen Nord- und Ostsee und der Ökostrom aus dem Norden soll schon ab 2025 für die Wasserstoffproduktion im Hamburger Hafen genutzt werden. Mit 100 Megawatt Leistung soll dann der größte Elektrolyseur Deutschlands in Betrieb gehen.

  (IMAGO / Chris Emil Janßen)Hamburg: Das Projekt „Norddeutsche Energiewende 4.0“ verbindet die Hansestadt als Verbrauchsregion mit der Erzeugerregion Schleswig-Holstein (IMAGO / Chris Emil Janßen)

Seit Ende Januar steht fest, wer das Projekt umsetzen wird: der niederländische Mineralölkonzern Shell, das schwedische Staatsunternehmen Vattenfall, die japanische Mitsubishi Heavy Industries und das städtische Unternehmen "Wärme Hamburg" sind die vier Partner im neuen Konsortium. Mitsubishi liefert den Elektrolyseur, Vattenfall den Strom, erklärt der Projektleiter des Unternehmens Thomas Weinmann.

"Es werden auf jeden Fall erneuerbare Energien eingesetzt. Die kann man einerseits am Markt beschaffen. Man kann auch Verträge mit erneuerbaren Erzeugungsanlagen, auch mit Anlagen, die Vattenfall hat, abschließen. Das wird sich dann noch zeigen, wenn wir in die Projektrealisierung gehen. Aber auf jeden Fall werden es erneuerbare Energien sein."

Bis zu 90 Grad Abwärme bei der Elektrolyse

Bei Shell betreut Jens Müller-Belau das Projekt. Und auch wenn die genaue Aufgabenteilung unter den Partnern noch nicht feststeht, ist schon heute klar, für welche Projektteile sich der Mineralölkonzern besonders interessiert.

"Da gibt es großtechnische Prozesse, die wir zum Beispiel auch in Katar auch schon beherrschen, wo wir aus Erdgas Flüssigkeiten herstellen. Das kann man dann natürlich übertragen. "Power-to-Liquids" heißt das."

Der kleinste Partner im Konsortium, die städtische "Wärme Hamburg" ist vor allem an einem Nebenprodukt des Elektrolyseurs interessiert: an der ungeheuren Hitze, die bei der Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff entsteht, erklärt Geschäftsführer Christian Heine:

"So eine Elektrolyseanlage, die hat halt 80 bis 90 Grad Abwärme zur Verfügung. Und bei einer 100 MW-Anlage sind das etwa 13 MW, die wir hier ins Fernwärmesystem einbinden können. Und das haben wir vor, dass bei diesem Projekt zu machen und damit natürlich auch die Wirtschaftlichkeit der Elektrolyseanlage zu erhöhen."

Ein Wasserstoff-Terminal ist eine Sicherheitsfrage

Entstehen soll die Anlage in Hamburg-Moorburg, auf der Südseite der Elbe, dort, wo heute noch das gerade stillgelegte Kohlekraftwerk Moorburg steht. Der Vorteil: schon heute gibt es dort einen leistungsfähigen Stromanschluss, der den Windstrom aufnehmen kann. Und bis 2030 will die städtische "Gasnetz Hamburg" insgesamt 45 Kilometer Wasserstoff-Pipelines im Hafen installieren. Hamburgs Senator für Umwelt und Energie, der Grüne Jens Kerstan freut sich über die Perspektiven für den Hafen. Darüber, dass dort, wo das von seiner Partei so lange und leidenschaftlich bekämpfte Kohlekraftwerk stand, nun erneuerbare Energien zum Einsatz kommen sollen.

"Man könnte dort auch einen Wasserstoff-Terminal errichten. Das ist jetzt in der Prüfung. Das ist ja auch eine Sicherheitsfrage. Das muss man in Ruhe prüfen, ob das an dem Standort im Hafen vertretbar ist. Und man hat dort, wenn das Kraftwerk abgeräumt ist, auch Platz, um dort generell, sage ich mal, einen 'Green Energy Hub' zu errichten, also auch noch weitere grüne Energien zu errichten. Da haben auch weitere öffentliche Unternehmen Interesse dran. Das wäre dann aber der zweite Schritt!"

"Wirtschaftliche Tätigkeit folgt häufig der Energie"

Schon heute, so Kerstan, sei Hamburg Standort für die großen Unternehmen der Windkraftbranche. Die grüne Wasserstoffproduktion im Hafen könne die Hansestadt zu einem entscheidenden Zentrum der erneuerbaren Energien machen. Das nütze dem Klima, aber auch dem Wirtschaftsstandort.

"Es ist eben auch, mitten im Hafen, umgeben von Industriebetrieben, die grünen Wasserstoff brauchen auch energiepolitisch, wirtschaftspolitisch eine große Chance, dass wir hier ein Zentrum der Wasserstoffwirtschaft werden. Und zwar nicht nur für die vorhandene Industrie, sondern nach Möglichkeit dann auch für weitere Betriebe. In der Tat ist das so, dass wirtschaftliche Tätigkeit häufig der Energie folgt. Und darum will Hamburg auch weiterhin nicht nur Wind-Hauptstadt, sondern Energiewende-Hauptstadt sein. Und da soll Wasserstoff schon eine wichtige Rolle spielen."

Welches Potential die Hamburger Pläne haben, ist aber längst nicht ausgemacht. Zwar denken die Planer schon heute daran, die Elektrolyseleistung im Hafen stetig zu erhöhen, von 100 auf später 500 Megawatt. Ob sich am Ende aber tatsächlich neue Industriebetriebe ansiedeln, sei offen, sagt der Direktor des Hamburgischen Weltwirtschaftsinstituts Henning Vöpel.

"Wenn wir nur Erzeuger und Durchleiter sind von grünem Wasserstoff, dann vergeben wir wiederum die Chance, auch eine echte Wasserstoffwirtschaft im Sinne industrieller Anwendungen mitzudenken. Das ist ganz, ganz wichtig. Und da muss der Norden auch offen gestanden in Berlin und Brüssel mehr Druck machen, mehr eigene Interessen voranstellen. Das sind günstige Umstände, um dort jetzt eine industriepolitische Ambition Norddeutschlands auch auf den Weg zu bringen."

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Kosten für Wasserstoffproduktion senken, Bedarf generieren

Die Unwägbarkeiten auf dem Weg in eine deutsche Wasserstoffwirtschaft seien aber noch groß, sagt auch Claudia Kemfert, Energieexpertin am Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung. Die Hamburger Wasserstoffpläne seien aber der richtige Weg.

"Das Projekt würde ich grundsätzlich positiv einschätzen. Von der Dimension her ist das nicht klein als Möglichkeit, Wasserstoff zu produzieren. Aber, wenn man es jetzt auf die gesamten Mengen, die wir brauchen anrechnet, sind wir doch da in einem sehr niedrigen Prozentbereich. Man muss es auch in irgendeiner Form fördern, weil die Wasserstoffproduktion jetzt ja noch vergleichsweise teuer ist und man nur eine Marktdurchdringung erreichen kann, wenn die Kosten sinken und man damit eben auch einen Bedarf generieren kann."

"Wir brauchen preiswerten regenerativen Strom"

Überall in Deutschland werden derzeit Wasserstoffprojekte konzipiert. Im Rheinland soll das H2R-Projekt Brennstoffzellen-PKW und Busse mit Treibstoff versorgen, ein Tankstellennetz wird aufgebaut, in Summe sind Elektrolyseure mit zusammen knapp 70 Megawatt geplant. Viel größer denkt das "Aquaventus"-Konsortium: ein gigantischer Windpark in der Nordsee soll Wasserstoff vor Ort erzeugen und über Pipelines nach Helgoland pumpen. Bis 2035 soll mit einer Erzeugungsleistung von 10 Gigawatt Wasserstoff produziert werden. Zum Vergleich: Zehn Kernkraftwerke wären nötig, um diese Energiemenge bereitzustellen.

Damit diese Ziele erreicht werden, müssen aber die Rahmenbedingungen stimmen. Große Industriebetriebe, die heute noch Erdgas verfeuern, werden ihre Produktion nur dann auf grünen Wasserstoff umstellen, wenn es sich rechnet. Felix Matthes vom Öko-Institut erklärt, welche Schritte nötig sind, um den neuen Energieträger wettbewerbsfähig zu machen.

Empfehlung: CO2-Preis für Erdgas von 35 auf 150 Euro pro Tonne erhöhen

"Erstens: wir brauchen preiswerten regenerativen Strom. Den gibt es inzwischen bei uns und auch in anderen Regionen der Welt. Wir müssen zweitens die Kosten für die Elektrolyse-Anlagen um ungefähr drei Viertel senken, billiger machen. Das ist ambitioniert. Wir haben das aber bei anderen Technologien gesehen, dass das auch funktionieren kann. Der dritte Punkt ist, dass wir diese Elektrolyseanlagen dort hinstellen müssen, wo sie über das Jahr möglichst viele Stunden ausgelastet sind, damit die Kosten, die man auf jede Kilowattstunde Wasserstoff umlegen muss, eben möglichst gering sind."

Zumindest mittelfristig würde der Preis für grünen Wasserstoff trotzdem noch über dem von Erdgas liegen. Und über dem von Wasserstoff, der aus Erdgas hergestellt wird. Felix Matthes vom Öko-Institut schlägt deshalb vor, den CO2-Preis für Erdgas von heute 35 Euro pro Tonne hochzuschrauben. 

"Nach unseren Berechnungen werden wir einen CO2-Preis bekommen müssen von 100 bis 150 Euro für die Tonne CO2, um den in den Kosten deutlich preiswerter gemachten Wasserstoff konkurrenzfähig zu machen zu Erdgas, wie wir das heute nutzen."

Kemfert: "Ausbau der Erneuerbaren massiv beschleunigen"

Um den vom Öko-Institut prognostizierten Gesamtbedarf an Wasserstoff von jährlich 500 Terrawatt-Stunden decken zu können, führe an Importen allerdings kein Weg vorbei. 20 Prozent des CO2-neutral erzeugten Wasserstoffs könnten einmal aus heimischer Produktion stammen, 80 Prozent müssten importiert werden. Um das zu erreichen und gleichzeitig den Verkehrssektor mit grünem Strom zu versorgen, müsste der Ausbau der erneuerbaren Energien aber massiv beschleunigt werden, sagt Claudia Kemfert vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung.

"Bei diesen Wasserstoffszenarien braucht man eine Vervierfachung des Ausbautempos der erneuerbaren Energien. Das sieht die Bundesregierung gar nicht vor. Das halten wir für nicht so sinnvoll. Besser wäre es in der Tat, man würde gerade in Deutschland den Ökostrom schneller ausbauen, den auch nutzen, auch für den gesamten Energiebedarf, den man hat und auch die Möglichkeiten schaffen, dass man zumindest in begrenztem Umfang auch Wasserstoff produzieren kann."

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Grüner Wasserstoff als Ersatz für Erdgas

Im Hamburger Hafen gibt es für diesen Wasserstoff gleich mehrere potentielle Großkunden. Vor allem im Stahlwerk von Arcelor Mittal könnte Wasserstoff schon bald Erdgas ersetzen, erklärt Uwe Braun aus dem Geschäftsführungs-Team.

"Diesen großen Erdgasverbraucher, den wir hier haben, der soll eigentlich auch in die Richtung entwickelt werden, dass die Anlage ebenfalls in der Lage ist, bis zu einem gewissen Anteil sicherlich, grünen Wasserstoff einzusetzen. Mit diesem Anteil möchten wir hier rein in das Konsortium, um dann auf großtechnischer mit einer sehr hohen Wasserstoffmenge dann zukünftig zu arbeiten. Sofern der Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Konditionen vorliegt."

Schon heute arbeitet eine Pilotanlage auf dem Arcelor Mittal-Gelände mit Wasserstoff. Technisch möglich sei auch die Umrüstung der Bestandsanlage, so Uwe Braun. Wenn der 100 Megawatt-Elektrolyseur 2025 in Betrieb geht, könnte das Stahlwerk die Hälfte des erzeugten Wasserstoffs abnehmen. Noch einmal so viel soll in einer eigenen Elektrolyse-Anlage auf dem Werksgelände entstehen.

Regulatorischen Rahmenbedingungen und Anreize gefragt

Der Wasserstoffbedarf bei der Kupferhütte und beim Alumiminiumhersteller Trimet ist dagegen gering. Und bis Reedereien zu den Abnehmern zählen und ihre Containerfrachter emissionsfrei auf den Weltmeeren unterwegs sind, wird noch einige Zeit vergehen, erklärt Ralf Sören Marquardt vom Verband für Schiffbau und Meerestechnik. Zunächst müsste der Wasserstoff in Flüssigtreibstoff, zum Beispiel in Ethanol umgewandelt werden.

"Erst einmal müssen die Produktionskapazitäten geschaffen werden, die Infrastruktur, das zu verteilen und es eben an geeigneten Stellen ins Schiff einfüllen zu können. Da ist die Technologie eigentlich schon vorhanden. Wir brauchen jetzt einfach die regulatorischen Rahmenbedingungen und auch die Anreize, um das auch an breiter Front auch an den Markt bringen zu können. CO2-Emissionen müssen einen Preis bekommen, damit diese Treibstoffe auch im Markt eine Chance haben."

Ein Schmelzofen der Trimet Aluminium AG in Hamburg wird am Mittwoch (09.05.2007) mit flüssigem Aluminiumoxid befüllt. Trimet hatte das Werk von den Vorbesitzern übernommen, die es wegen zu hoher Energiekosten stillgelegt hatten. Bis Mitte Juni sollen 180 der insgesamt 270 Öfen wieder laufen, eine zweite Staffel mit den restlichen 90 wird bis Ende 2007 in Betrieb genommen. Dann erreicht das Werk seine volle Kapazität von 133 000 Tonnen Aluminium jährlich. Foto: Ulrich Perrey dpa/lno +++(c) dpa - Report+++ | Verwendung weltweit (dpa)In Stahlwerken könnte Wasserstoff schon bald Erdgas ersetzen, sagen Experten (dpa)

Fördermittel von sieben Milliarden Euro als Anschubfinanzierung

Bislang gibt es noch kein einziges Containerschiff, das mit CO2-neutral erzeugtem Treibstoff unterwegs ist. Der Flugzeugbauer Airbus plant, seinen ersten wasserstoffbetriebenen Passagierjet 2035 abheben zu lassen. Der Mobilitätssektor könne aber grünen Wasserstoff schon heute gut gebrauchen, sagt Hamburgs Senator für Umwelt und Energie, der Grünen-Politiker Jens Kerstan.

"Auch die Stadtreinigung und die Hochbahn haben Bedarf für ihre Fahrzeuge. Und wir überlegen auch am Standort Stellingen, wo die Stadtreinigung ja jetzt eine neue Müllverwertungsanlage baut, auch dort den Strom, der dabei anfällt auch für einen kleineren Elektrolyseur zu nutzen, um dann eben für die städtischen Flotte auch Wasserstoff zu produzieren. Das sind jetzt verschiedene Bausteine, die im Gespräch sind. Wir müssen die jetzt zusammenbinden und daraus ein gutes Paket machen. Und das wird jetzt in den kommenden Wochen und Monaten passieren."

Dieses Paket, eine möglichst präzise Skizze der Hamburger Wasserstoffpläne, wird schon Ende Februar ans Bundeswirtschaftsministerium geschickt, dort geprüft und dann, so die Hoffnung der Hamburger, auch an die Europäische Union weitergeleitet. Denn am Ende geht es bei allen Wasserstoffprojekten darum, das Maximum an Fördermitteln zu bekommen. Allein in Deutschland stehen sieben Milliarden Euro als Anschubfinanzierung bereit. Dazu kommen noch Gelder aus dem entsprechenden Programm der Europäischen Union.

Standortvorteil durch Offshore-Windkraftanlagen 

Der Wettlauf um die Marktanteile an einer deutschen, einer europäischen grünen Wasserstoffwirtschaft hat aber längst begonnen. Und vieles deutet darauf hin, dass dabei zumindest hierzulande die norddeutsche Wirtschaft die Nase vorn haben wird. Denn die Elektrolyse mit erneuerbaren Energien rechnet sich vor allem dort, wo sie in großer Menge zur Verfügung stehen. Natürlich könnten Elektrolyseure auch in Bayern grünen Wasserstoff mit Photovoltaikanlagen produzieren. Das sei aber kaum effizient, rechnet Felix Matthes vom Öko-Institut vor.

"Eine Solaranlage läuft im Schnitt tausend Stunden im Jahr, eine Onshore-Windkraftanlage läuft mit 2.000 Stunden im Jahr und eine Offshore-Windkraftanlage läuft eben mit 4.000 Stunden. Und das heißt, die Kapitalkosten, die dann auf den grünen Wasserstoff umgelegt werden müssen, sind eben bei einer Versorgung mit Offshore-Wind nur ein Viertel dessen, was man bei der Solarenergie hätte. Von daher gibt es neben den großen Versäumnissen beim Netzausbau und den Versäumnissen beim Ausbau der erneuerbaren Energien in einigen Bereichen Süddeutschlands natürlich auch einen Standortvorteil, der was mit Onshore-Wind und Offshore-Wind im Norden zu tun hat."

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Vorsprung der Niederländer beim Wasserstoff

Dass die Hamburger Wasserstoffpläne tatsächlich neue Industriebetriebe in den Norden locken und der Hafen zum zentralen Verteilpunkt für den neuen Energieträger wird, ist aber keineswegs ausgemacht. In den niederländischen Häfen sind die Vorbereitungen für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft viel weiter fortgeschritten, erzählt Felix Matthes.

"Die Niederländer haben, glaube ich, einen Vorsprung sich um Wasserstoff gekümmert, die haben ein etwas unverkrampfteres Verhältnis zur Frage: ist das nur grüner oder ist auch ein bisschen aus Erdgas produzierter Wasserstoff dabei? Sie haben sehr ehrgeizige Pläne für den Ausbau der Windenergie, am Land, aber eben auch auf See."

Rotterdam: auf die Wasserstoffwirtschaft bestens vorbereitet

Und genau wie Deutschlands Nachbar Dänemark planen die Niederländer nicht nur Windparks in der Nordsee. In beiden Ländern haben sich Unternehmen zusammengefunden, die ganze Inseln aufschütten wollen. Mit Elektrolyse-Anlagen und eigenen Hafenbecken, über die Wasserstofffrachter den Rohstoff abtransportieren können. Zum Beispiel in den direkt an der Nordsee gelegenen Rotterdamer Tiefwasserhafen. Dort, so Felix Matthes, sei man auf die Wasserstoffwirtschaft bestens vorbereitet.

"Wenn man sich das Beispiel Rotterdam anguckt, wo die Infrastruktur gut ist, wo die Bedingungen gut sind für die Windenergieerzeugung und wo man auch Hafeninfrastruktur hat, die in der Perspektive dazu dienen können, Wasserstoff gut zu importieren, und nicht zuletzt, wo man bereits heute schon chemische Industrie hat, die natürlich mit zunehmend kostengünstiger werdendem Wasserstoff in einer klimaneutralen Welt dann auch sehr starke Wettbewerbsvorteile hat. -So einfach ist der Rückstand, den wir da zweifelsohne haben, nicht aufzuholen."

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