Wasserstoff und CO2: Emissionen und Kosten senken

Heinz Jörg Fuhrmann, Chef des Stahlkonzerns Salzgitter AG, hat in einem Spiegel-Interview ein paar interessante Dinge gesagt. Zum Beispiel: „Wenn man die wasserstoffbasierte Stahlerzeugung mit anderen Branchen vergleicht, erhält man nirgendwo für das investierte Geld eine höhere CO₂-Reduktion.“

Bei der wasserstoffbasierte Stahlerzeugung wird, vereinfacht gesagt, Wasserstoff statt Kohlenstoff genutzt, um Eisenerz zu reduzieren (Hydrogen Direct Reduced Iron, H-DRI). „In Salzgitter würde die erste Stufe der Produktionsumrüstung rund eine Milliarde Euro kosten“, erklärte Fuhrmann weiter. „Dafür würden wir zwei Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr weniger emittieren. Wollte man die gleiche Menge mit dem Umstellen von Pkw mit Verbrennungsmotoren auf solche mit Elektroantrieb einsparen, würde dies bei der aktuellen Förderung mehr als fünf Milliarden Euro kosten.“

Stimmt das so? Sind die CO₂-Vermeidungskosten bei Elektroautos tatsächlich fünf Mal so hoch wie bei der Stahlerzeugung?

Aus Fuhrmanns Angaben errechnen sich Vermeidungskosten von 500 Euro pro Tonne CO₂ bei Stahl und von 2500 Euro bei E-Autos. Auch wenn nicht klar wird, wie genau Fuhrmann auf diese Zahlen kommt – verrechnet er nur die Investitionen oder auch die Betriebskosten? – scheinen mir beide Werte doch sehr hoch angesetzt. Die Agora Energiewende etwa schätzt die CO₂-Vermeidungskosten für Stahl-Direktreduktion mit vollständig grünem Wasserstoff für das Jahr 2030 auf 99 bis 165 Euro pro Tonne (bei einem angenommenen Strompreis von 60 beziehungsweise 70 Euro/MWh).

Der Preis der Einsparung

Und wie sieht es bei E-Autos aus? Laut einer Studie der TU Eindhoven verursacht ein Mercedes C 220d per einer Laufleistung von 250.000 Kilometern 260 Gramm CO₂-Äquivalent pro Kilometer (Well to Wheel). Bei einem Tesla Model 3 sind es 91 Gramm. Macht also eine Einsparung von 169 g CO₂/km. Über 250.000 Kilometer hinweg sind das gut 42 Tonnen.

Was ist der Preis für diese Einsparung? Nimmt man die Zahlen von Fuhrmann (2500 Euro/Tonne), müsste der Tesla also über seine Lebensdauer hinweg um mehr als hunderttausend Euro höhere Kosten verursachen als ein vergleichbarer Diesel. Das ist offenkundig nicht der Fall. Der ADAC beziffert die Kosten für einen Mercedes B 220d (das Schwestermodell der C-Klasse fehlt leider auf der Liste) bei einer jährlichen Laufleistung von 20.000 Kilometern auf 51,5 Cent pro Kilometer. Ein Tesla Model 3 Standard Range Plus liegt laut ADAC bei 42,4 ct/km. Über 250.000 Kilometer ergeben sich daraus negative Vermeidungskosten von 22.750 Euro. Mit anderen Worten: Die CO₂-Einsparung kostet in diesem Fall kein Geld, sondern spart welches, und zwar gut 540 Euro pro Tonne.

Eine Analyse von Gregor Honsel

Gregor Honsel ist seit 2006 TR-Redakteur. Er fährt am liebsten Fahrad - und zwar ohne Hilfsantrieb.

Nun ist dies natürlich nur eine überschlägige Rechnung, deren Ergebnis stark von den getroffenen Annahmen abhängt. Zudem bezieht sie sich nur auf den einzelnen Konsumenten. Volkswirtschaftlich betrachtet (und darum geht es ja letzten Endes) müsste man auf der Seite des E-Autos unter anderem noch die Kaufprämie, den Ausbau der Ladeinfrastruktur und die Umweltschäden durch die Rohstoffgewinnung in Rechnung stellen, beim Verbrenner unter anderem die Umweltschäden durch die Erdölförderung sowie die gesundheitlichen Schäden durch die Abgase. Doch man mag es drehen und wenden, wie man will: Die Behauptung, in der Stahlproduktion sei die CO₂-Vermeidung günstiger als in allen anderen Branchen, steht, vorsichtig formuliert, offenbar auf ziemlich wackligen Füßen.

Wasserstoff nicht unsinnig

Das soll nun nicht heißen, dass Wasserstoff in der Stahlproduktion unsinnig wäre. Denn dort geht es nicht um die energetische, sondern um die stoffliche Verwendung von Wasserstoff. Bei der energetischen Verwendung – also der Erzeugung von Wärme, Strom oder Bewegung – gibt es zahlreiche Alternativen zum Wasserstoff, an denen er sich messen lassen muss: Etwa die direkte Verwendung von Strom oder seine Speicherung in Batterien. Bei der stofflichen Verwendung geht es um hingegen um die Vermeidung von chemisch entstehendem Kohlendioxid. Und da gibt es bei der Erzeugung von Stahl und einiger Basischemikalien wie Ammoniak wenig Alternativen zu Wasserstoff.

Im Vergleich zu anderen Verfahren der Grundstoff-Industrie wie die „Basischemie via Methanol-to-Olefin/Aromaten“ liegen die CO₂-Vermeidungskosten von H-DRI laut Agora Energiewende im Mittelfeld. Allerdings bräuchte man dafür gewaltige Mengen an grünen Wasserstoff. Fuhrmann sagte gegenüber dem Spiegel: „Fakt ist, dass wir auf dem Weg dahin noch lange Zeit werden auf Erdgas zurückgreifen müssen, um Stahl mit geringeren CO₂-Emissionen zu erzeugen. Grüner Wasserstoff wird in den von uns benötigten Mengen zunächst nicht zur Verfügung stehen.“ Für 2030 rechnet der Salzgitter-Chef mit einem Anteil von „vielleicht 10 bis 30 Prozent“. Der Rest müsse mit Erdgas bestritten werden. „Aber das wäre schon ein Riesenvorteil. Erdgas ist weit weniger klimaschädlich als Kohle, es besteht zum großen Teil aus Wasserstoff.“

Daraus ergeben sich mir folgende Fragen: Wenn allein die Stahlbranche auf absehbare Zeit praktisch jeden einzelnen Kubikmeter Wasserstoff aufnehmen kann – was bleibt dann noch für andere Anwendungen übrig? Oder andersherum gefragt: Wo entfaltet Wasserstoff seinen größten Hebel – in der Industrie, in der Chemie, im Verkehr? Und müsste die Politik dann nicht so etwas wie einen Verteilungsmechanismus einführen, der den vorhandenen Wasserstoff genau dorthin leitet, wo es am wenigsten Alternativen dazu gibt?

Eine Antwort darauf weiß ich auch nicht. Aber wir recherchieren die Frage gerade. Ergebnisse finden Sie voraussichtlich im Heft 5/2021 von Technology Review. (grh)