Der Hamburger Energietisch

Für die Energiewende in Hamburg

Wasserstoff-Produktion in Moorburg – gut für die Energiewende?

Am 20. Februar 2020, drei Tage vor der Bürgerschaftswahl in Hamburg, kündigten Hamburgs Erster Bürgermeister Tschentscher und Wirtschaftssenator Westhagemann an, das Kohlekraftwerk Moorburg solle schneller vom Netz genommen werden: Einer der beiden 800-MW-Blöcke des erst seit 2015 laufenden Kohlekraftwerks könne auf Gas umgestellt werden. Der zweite 800-MW-Block würde vom Netz gehen, sobald der erste Block umgerüstet sei. Die CO2-Emissionen des Kraftwerks Moorburg würden so auf einen Schlag halbiert, so Tschentscher nach Berichten von NDR und von SAT.1.

Tschentscher machte deutlich, dass bis zu einer Realisierung der Idee noch viele Schritte zu gehen seien. Erste Gespräche mit dem Kraftwerksbetreiber Vattenfall habe es aber bereits gegeben. Westhagemann möchte die Gespräche gerne fortführen. Denn Vattenfall wolle ja so schnell wie möglich aus der Kohle aussteigen. Eine Machbarkeitsstudie, so Tschentscher, sei „ein wichtiger Punkt, den wir in die Koalitionsverhandlungen einführen werden“.

Auf dem Gelände des Kraftwerks Moorburg soll eine Anlage zur Produktion von Wasserstoff aus „überflüssigem“ Strom errichtet werden. „Wasserstoff hilft uns für den Klimaschutz nur weiter, wenn er mit regenerativ erzeugtem Strom hergestellt wird“, so Tschentscher in CAPITAL.

Bundesumweltministerin Schulze: „Das wäre eine Lösung, die sehr intelligent Klimaschutz und Industriepolitik zusammenbringt. Weil es geht ja hier darum, den Strom aus erneuerbarer Energie, den Strom aus dem Wind, besser zu nutzen, ihn dazu zu nutzen, auch Wasserstoff herzustellen und gleichzeitig ein Kohlekraftwerk vom Netz zu nehmen.“

Vattenfall zeigte sich in einer Pressemeldung aufgeschlossen gegenüber diesem Vorhaben und verwies ausführlich auf seine Kompetenz in Sachen Wasserstoff-Technologie.

Westhagemann hatte schon im September 2019 eine 100-MW-Anlage zur Wasserstoff-Erzeugung mit Wasser-Elektrolyse angekündigt. Der Bau dieser Anlage solle durch Fördermittel vom Bund und der EU ermöglicht werden. Es sollen ungefähr zwei Tonnen oder 22.000 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde produziert werden. Im Januar 2020 wurden 150 Millionen Euro als Kosten für das Projekt angegeben.

Einen Investorenvertrag gab es jedoch noch nicht. Und ebensowenig einen konkreten Zeitplan für die Umsetzung der Pläne.

Bild 1: Stromerzeugung in den Kraftwerken Brokdorf und Moorburg sowie Tiefstack und Wedel in TWh pro Jahr (nach Daten der Energy Charts des Fraunhofer ISE. Im Jahr 2017 stand das Kernkraftwerk Brokdorf mehrere Monate still, weil die Brennstäbe stark oxidiert waren.)

Belastbare Pläne oder nur Wahlkampf-Getöse?

Um einen 800-MW-Block des Kohlekraftwerks Moorburg auf Gas umzurüsten, müsste der zweite Block zusammen mit anderen Quellen für eine sichere Versorgung der Metropolregion Hamburg mit elektrischem Strom ausreichen.

Wie Bild 1 zeigt, ging die Stromproduktion des Kraftwerks Moorburg (orange) im Jahr 2019 gegenüber den beiden Vorjahren zurück. Dieser Rückgang lässt sich mit einem Zuwachs an erneuerbarem Strom und mit einem Ansteigen der Preise für EU-Emissionszertifikate erklären.

Obwohl das Kraftwerk Moorburg bei voller Auslastung 13 TWh Strom erzeugen könnte, lag die jährliche Stromerzeugung im Jahr 2019 nur bei 5,82 TWh – erheblich tiefer als in den beiden vorhergegangenen Jahren. Bild 2 zeigt die vielfach unterbrochene Stromerzeugung der beiden Blöcke des Kraftwerks Moorburg im Jahr 2019.

Bild 2: Stromerzeugung des Kraftwerks Moorburg in GWh pro Tag im Jahr 2019. Block A: orange, Block B: gelb (nach Daten der Energy Charts des Farunhofer ISE)

Aus Bild 1 und Bild 3 geht jedoch hervor, dass Strom aus dem Kraftwerk Moorburg noch längere Zeit benötigt werden wird. Denn das Kernkraftwerk Brokdorf, das jährlich fast 10 TWh Strom erzeugt, muss spätestens Ende 2021 abgeschaltet werden. Ein großer Teil von dessen Stromerzeugung muss danach vom Kraftwerk Moorburg und von einem Zuwachs an Wind- und Solarstrom in der Region übernommen werden.

Bild 3: Kraftwerke und Verbundnetze in der Nähe der Metropolregion Hamburg. Brokdorf: rot, Moorburg: schwarz (Quelle: Bundesumweltamt 2017)

Die Umstellung eines Kohleblocks in Moorburg auf Erdgas bei Weiterlaufen des anderen Kohleblocks erscheint einige Jahre nach dem Abschalten des Kernkraftwerks Brokdorf möglich. Investoren könnten auf Subventionen für die Umstellung von Kohle auf Gas hoffen und mit einem längeren Betrieb rechnen, da es für Gaskraftwerke noch keine Ausstiegspläne gibt. Der Brennstoff Erdgas ist zwar teurer als der Brennstoff Kohle. Der elektrische Wirkungsgrad eines modernen GuD-Kraftwerks kann allerdings um 40 Prozent höher sein als der des Kohle-Kraftwerks Moorburg. Außerdem ist weniger für den Kauf von Emissionshandels-Zertifikaten aufzuwenden.

Welche Farbe soll Wasserstoff aus Moorburg haben?

Die Diskussion um eine Nationale Wasserstoff-Strategie ist bereits ziemlich weit vorangekommen. Ergebnisse werden in Kürze erwartet. Es ist mit hohen Subventionen für die Erzeugung von Wasserstoff aus elektrischem Strom zu rechnen.

Die Pläne für eine Wasserstoff-Erzeugung in industriellem Maßstab auf dem Gelände des Kraftwerks Moorburg dürften unter diesen Bedingungen rasch vorangetrieben werden, falls sich Investoren finden. Ökonomisch vorteilhaft dürfte es dabei sein, wenn zur Wasserstofferzeugung nicht der normale Strommix aus dem Übertragungsnetz, sondern Strom aus dem Kraftwerk Moorburg ohne Nutzung des öffentlichen Stromnetzes eingesetzt wird, weil dann keine Netzentgelte zu entrichten sind.

„Grüner Wasserstoff“ wird mit Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt und ist daher nahezu klimaneutral. Dass in Moorburg eine Wasserstoff-Produktionsanlage mit „grünem“ Strom betrieben werden würde, wie dies von Tschentscher angekündigt wurde, erscheint aber für längere Zeit ausgeschlossen.

Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Quellen steht gegenwärtig in Hamburg nur relativ selten in nennenswertem Umfang zur Verfügung. Hamburg liegt in der Regel nicht vor, sondern hinter den Netz-Engpässen für Windstrom aus den Küstenländern Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern. Erneuerbarer Strom soll im Übrigen vorrangig für direkte Stromanwendungen eingesetzt werden, solange hierfür ein Bedarf besteht.

Bild 4: Spezifische CO2-Emissionen von Wasserstoff mit unterschiedlichen Herstellungs-Verfahren (Vorketten wurden berücksichtigt) (eigene Darstellung)

Es ist daher damit zu rechnen, dass bis zum Ende der Umstellung eines Kohleblocks auf Erdgas Wasserstoff ganz überwiegend mit Strom aus einem Kohleblock von Moorburg bei nur kleinen Anteilen von erneuerbarem Strom erzeugt werden würde. Es würde sich also weitgehend um „schwarzen Wasserstoff“ mit Einsprengseln von „grünem Wasserstoff“ handeln.

Selbst wenn ein sehr optimistischer Anteil von 20 % EE-Strom angenommen wird, liegen die spezifischen CO2-Emissionen für diesen mit Kohlestrom aus Moorburg erzeugten Wasserstoff bei rund 900 kg CO2,e pro MWh Wasserstoff (Bild 4). Das ist weit höher als bei der gegenwärtig vorherrschenden, besonders preisgünstigen Herstellung von Wasserstoff mit Dampfreformierung bei Einsatz von Erdgas mit rund 400 kg CO2,e pro MWh Wasserstoff.

Die in Bild 4 dargestellten Werte ergeben sich, wenn zu den spezifischen CO2-Emissionen ohne Vorketten (nach Angaben des Umweltbundesamtes) die Emissionen aus den Vorketten hinzugefügt werden, danach die Wirkungsgrade der Stromerzeugung und schließlich die der Wasserstofferzeugung berücksichtigt werden. Für den allgemeinen Strommix im Jahr 2018 wurde mit 474 kg CO2 pro MWh gerechnet. Für Strom aus Kohle im Kraftwerk Moorburg mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 44 %.

Wie Bild 4 zeigt, sind auch nach der Umstellung eines Kohleblocks auf Erdgas die spezifischen CO2-Emissionen von Wasserstoff aus „begrüntem“ Moorburgstrom noch höher als die aus der Erdgas-Dampfreformierung. Das lässt sich einfach erklären: In einer modernen GuD-Anlage in Moorburg könnte Strom mit einem Wirkungsgrad von etwa 60 % erzeugt werden. Wird Erdgas dagegen nicht erst zur Stromerzeugung, sondern direkt zur Wasserstoff-Gewinnung eingesetzt, so ergibt sich bei einem Wirkungsgrad der Dampfreformierung von 67 % mehr Wasserstoff als aus dem im GuD gewonnenen Strom.

Um wenigstens die spezifischen CO2-Emissionen von Wasserstoff aus der Dampfreformierung mit Erdgas zu erreichen, müsste der Kohlestrom-Anteil auf 35 % verringert werden, der Anteil des Erdgasstroms auf 67 % und die Anteile von EE-Strom müssten entsprechend erhöht werden.

Als Ausweg wird beispielsweise vom Bundes-Wirtschaftsministerium für „blauen Wasserstoff“ geworben. Bei diesem wird das bei der Wasserstoff-Erzeugung emittierte CO2 so weit wie möglich abgeschieden und unterirdisch dauerhaft gespeichert – bevorzugt unter dem Meeresboden. Gegen diese mit CCS (Carbon Capture and Storage) bezeichnete Methode der Wasserstoff-Begrünung sprechen nicht nur die fehlende Akzeptanz, sondern auch diverse technische Probleme und Risiken und nicht zuletzt die zusätzlichen Kosten.

Anders als das neue Hamburger Projekt können die Projekte “Westküste 100” rund um Heide und HySynGas in Brunsbüttel beurteilt werden. Diese Standorte liegen nicht selten vor einer Netz-Engpassstelle, sodass häufig genug Windstrom verfügbar ist, der ohne eine solche Nutzung abgeregelt werden würde.

Besonders im Norden Schleswig-Holsteins kann auch auf längere Sicht nicht der gesamte Windstrom zu vorhandenen Verbrauchern transportiert werden. Daher könnte bei entsprechender Anpassung des regulatorischen Rahmens hier klimafreundlicher Wasserstoff erzeugt werden.

Welche Ziele sollen mit einem Hamburger Wasserstoff-Projekt verfolgt werden?

Während sich bei der Diskussion der Norddeutschen Wasserstoff-Strategie am 20. November 2019 alle Parteien in der Hamburger Bürgerschaft für „grünen Wasserstoff“ aussprachen, wird Wasserstoff aus dem von Tschentscher und Westhagemann angekündigten „innovativen“ Projekt, so wie es sich bisher abzeichnet, bei weitem nicht klimafreundlich sein.

Bei der gegenwärtigen Debatte zwischen dem Bundes-Wirtschaftsministerium (BMWi) einerseits und den Bundesministerien für Umwelt bzw. Forschung andererseits über die Nationale Wasserstoffstrategie werden sehr unterschiedliche Ziele verfolgt. Dem BMWi geht es vorrangig darum, Deutschland in die Lage zu versetzen, bei der Wasserstoff-Technologie in industriellem Maßstab eine Führungsrolle zu übernehmen, um damit Exportmärkte erschließen zu können. Deutschland habe die Chance, „im internationalen Wettbewerb eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung und dem Export von Wasserstoff-Technologien einzunehmen“. Die Positionen der Bundesministerien für Umwelt bzw. Forschung entsprechen eher einem Beschluss der Grünen vom November 2019.

Das BMWi möchte die Nationale Wasserstoffstrategie mit Milliarden Euro an Fördergeldern ausstatten. Die Hamburger Initiative von Tschentscher und Westhagemann hofft offensichtlich auf erhebliche finanzielle Unterstützung aus diesen Fördertöpfen. In erster Linie soll „grauer“, mit Erdgas-Dampfreformierung gewonnener Wasserstoff in Industriebetrieben für Stahl, Aluminium und Kupfer wie im Hamburger Hafen ersetzt werden, damit diese von den Kosten des EU-Emissionshandels entlastet und sich auf einen Weg zur Dekarbonisierung einstellen können.

Wie Bild 4 zeigt, kann das gegenwärtig von der Hamburger SPD verfolgte Projekt in Moorburg allerdings bei korrekter Treibhausgas-Bilanzierung nur Erfolg haben, wenn der in Moorburg erzeugte, eindeutig klimaschädliche Wasserstoff mit Hilfe von CCS in „blauen“ Wasserstoff umgewandelt wird.

Ausblick

Wird auf eine ziemlich kostspielige Umstellung des Kohle-Kraftwerks Moorburg auf Gas verzichtet und wird gleichzeitig der Ausbau von erneuerbarem Strom in den norddeutschen Küstenländern so vorangetrieben, wie es beispielsweise Schleswig-Holstein plant, so könnte das ganze Kraftwerk Moorburg zwischen 2030 und 2035 stillgelegt werden. Das steht nicht nur in Übereinstimmung mit dem Projekt NEW 4.0. Auch die Grünen in Hamburg sehen in ihrem Regierungsprogramm 2020 vor, Hamburg bis 2035 zu einer klimaneutralen Stadt zu machen.

Die Pläne zur Umrüstung des Kraftwerks Moorburg auf Erdgas können dagegen kaum erheblich vor 2030 realisiert werden, da nach der Abschaltung des Kernkraftwerks Brokdorf das Kraftwerk Moorburg vor allem für die Versorgung der Metropolregion Hamburg notwendig sein wird. Mit der kostenintensiven Umrüstung auf Erdgas würde jedoch der Bestand eines sehr großen fossil gefeuerten Kraftwerks weit über das für alle Kohlekraftwerke geltende späteste Abschaltdatum 2038 festgeschrieben. Eine spätere Umstellung von fossilem Erdgas auf Wasserstoff in einem GuD Moorburg könnte im Vergleich zum Ersatz von Wasserstoff aus fossilen Quellen im Hamburger Hafen, wo hohe Temperaturen und hohe Energiedichten benötigt werden, keine Priorität beanspruchen.

Es ist fraglich, ob in absehbarer Zeit in Hamburg bedeutende Mengen an erneuerbarem Strom verfügbar sein werden, die abgeregelt werden müssten, wenn sie nicht für die Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt werden würden. Zu prüfen wäre, wie in Schleswig-Holstein gewonnener Wasserstoff nach Hamburg transportiert werden kann. Das BMWi erwartet, dass mindestens die Hälfte des für die Dekarbonisierung der BRD benötigten Wasserstoffs importiert werden muss. Zu diesem Zweck müssten eigene Wasserstoff-Pipelines von der norddeutschen Küste nach Hamburg verlegt werden, über die auch Wasserstoff, der onshore in Schleswig-Holstein und offshore vor der Küste gewonnen wird, nach Hamburg transportiert werden kann. Auch Bürgermeister Tschentscher sprach sich für den Import von Wasserstoff aus: „Warum sollten wir nicht Wasserstoff importieren, so wie wir heute Kohle, Gas und Erdöl importieren?“ Es ist allerdings umstritten, ob die vom BMWi vorgeschlagene Import-Politik vernünftig ist.

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