Grüner Wasserstoff gilt als der Heilsbringer der Energiewende. Doch die Produktion hierzulande ist teuer. Der Import von H2-Derivaten wie Ammoniak gerät verstärkt in den Blick.

 

Die Krux an der Energiewende ist ihr Preis. Aufgrund der hohen Gestehungskosten für grünen Strom ist die inländische Produktion noch nicht wirtschaftlich genug. Investoren fehlen die politischen Anreize. So wurden in Deutschland bereits einige Projekte zur Herstellung von Wasserstoff in Elektrolyseuren gestoppt oder ins Ausland verlagert.

Ein prominenter Fall ist das Vorhaben der Westfalen-Gruppe, ihren ersten Elektrolyseur nicht in Deutschland, sondern im französischen Departement Moselle nahe Luxemburg zu errichten. Die Entscheidung fiel im Juli 2024 aufgrund besserer Rahmenbedingungen und Fördermöglichkeiten in Frankreich. 

Ein weiteres Beispiel liefert das Hamburger Start-up HH2E. Dessen Projekt − ein 100-MW-Elektrolyseur in Lubmin (Mecklenburg-Vorpommern) − liegt nun auf Eis. Anfang Oktober wurde bekannt, dass der Mehrheitsaktionär von HH2E, der Londoner Investor Foresight Group, die Finanzierung der Anlage abgelehnt hat. Die genauen Gründe konkretisierten die Unternehmen gegenüber E&M nicht. HH2E sah sich daraufhin verpflichtet, Insolvenz und ein Verfahren auf Eigenverwaltung zu beantragen. Jetzt sucht das Unternehmen nach anderen Investoren.

Ammoniak für Wasserstoff aus größeren Distanzen

Nach dem Willen der alten Ampelkoalition soll der Großteil des deutschen Wasserstoffbedarfs 2030 über Importe via Pipeline oder per Schiff abgedeckt werden − etwa 50 bis 70 Prozent. Der Vorteil eines Produktionsstandorts im Ausland sind die günstigeren Stromgestehungskosten. Der Nachteil: Es kommen, sofern der Wasserstoff über größere Strecken transportiert werden muss, Umwandlungs- und Transportkosten hinzu. Etwa wenn er gebunden in einem Trägermedium wie Ammoniak via Schiff transportiert wird. 

Laut einer Untersuchung der Denkfabrik Agora Energiewende sind Pipelines mit Kosten von unter 1 Euro/Kilogramm Wasserstoff der günstigste Weg, Wasserstoff zu importieren. Beim Import des Wasserstoffträgers SNG (Synthetic Natural Gas) per Schiff erhöhen sich die Transportkosten nach Rückumwandlung auf etwa 2 bis 5 Euro/Kilogramm Wasserstoff. Wasserstoffderivate wie Ammoniak, die direkt weiterverarbeitet werden können, sehen die Marktbeobachter als eine wirtschaftliche Alternative − die Kosten beziffern sie mit unter 1,50 Euro/Kilogramm Wasserstoff.

Finanzierungsmechanismus für den Anfang

Unter anderem aus Australien will Deutschland Wasserstoff und grüne Wasserstoffderivate wie Ammoniak beziehen. So unterzeichneten jüngst beide Länder eine Zusage von jeweils 200 Millionen Euro für eine bilaterale „H2-Global-Auktion“. Die erste Auktion zur Beschaffung soll im kommenden Jahr beginnen, die erste jährliche Verkaufsauktion ist für 2027/2028 angesetzt.

Die Initiative H2 Global zielt darauf ab, die Kostenunterschiede bei grünem Wasserstoff und seinen Derivaten zu fossilen Brennstoffen zu verringern. Gleichzeitig soll eine globale Lieferkette für grüne Wasserstoffprodukte aufgebaut werden. Durch den H2-Global-Mechanismus sollen sich die Aus- und die Einfuhr von klimafreundlichen Kraftstoffen wie grünem Ammoniak aus Regionen mit günstiger Produktion in Märkte mit hoher Nachfrage erleichtern. 
 
Mit dem Import von grünem Wasserstoff samt dessen Derivaten beschäftigt sich Timo Bollerhey, Co-Founder von H2 Global. Auf dem Jahreskongress des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) zeigte er sich überzeugt davon, dass die Diskrepanz zwischen An- und Verkaufspreis bald kleiner werden wird. Letztendlich werde ein aus sich selbst funktionierender Markt entstehen, aus dem sich der Staat wieder zurückziehen könne. 

Ammoniak-Terminals entstehen in den Küstenregionen

Die Branche bereitet sich auf den Import von Ammoniak vor: Im Oktober nahm Yara International, ein norwegischer Hersteller und Anbieter von Chemikalien und Industriegasen, das erste Ammoniak-Terminal in Deutschland in Brunsbüttel (Schleswig-Holstein) in Betrieb. Es hat eine jährliche Importkapazität von bis zu 3 Millionen Tonnen oder umgerechnet 530.000 Tonnen Wasserstoff.

Uniper plant in Wilhelmshaven (Niedersachsen) ein Terminal für grüne Gase, das auch als Importhub von grünem Ammoniak dienen soll. Gemeinsam mit dem belgischen Energieunternehmen Tree Energy Solutions und dem Hafenbetreiber Niedersachsen Ports entwickelt Uniper das Terminal. Etwa 2,6 Millionen Tonnen grüner Ammoniak sollen so an die Küste Deutschlands kommen, was laut Uniper etwa 300.000 Tonnen grünem Wasserstoff entspricht oder 10 bis 20 Prozent des für 2030 prognostizierten Bedarfs.

Niedrigere Temperaturen zur Verflüssigung

Die Partner wissen um die Vorteile des Gasgemischs. Den Wasserstoff gebunden als Ammoniak zu transportieren, macht sein Handling einfacher. Ammoniak ist materialschonender, sein Transport aufgrund der geringeren Kondensationstemperatur energiesparender. So verflüssigt Ammoniak bereits bei -33 Grad Celsius. Bei Wasserstoff sind es mit -253 Grad Celsius weitaus mehr Minusgrade als bei verflüssigtem Erdgas (-163 Grad Celsius).

Befürworter führen auch die höhere Energiedichte von Ammoniak im Vergleich zu Wasserstoff an sowie der geübte Umgang mit Ammoniak in der chemischen Industrie. Weltweit werden, wie das Energieministerium Schleswig-Holstein kürzlich anführte, 170 Millionen Tonnen Ammoniak pro Jahr produziert. 80 Prozent davon dienen als Grundchemikalie in der Düngemittelindustrie.

Es gibt aber auch kritische Stimmen: Das Öko-Institut etwa führt die Umwandlungsverluste an. Sie entstehen bei der Umwandlung von Ammoniak in Wasserstoff und der anschließenden Aufbereitung. Dabei gehen etwa 20 bis 30 Prozent der Energie verloren.
 
Grünes Eisen als Alternative
 
Die Stiftung Klimaneutralität kritisiert die ortsabhängige Nutzung von Ammoniak-Crackern. Deren Anzahl an den Küsten Deutschlands sei begrenzt. Auch die aktuell im Rahmen der Kraftwerksstrategie vorgesehenen Verfahren zur Vorhaltung und Bereitstellung von Wasserstoff − etwa in natürlichen Kavernen − stünden vor physischen Ausbaugrenzen. Als wirtschaftlichere Alternative zum Ammoniak schlagen die Marktbeobachter stattdessen „Grünes Eisen“ vor.
   
Anders als das ätzend wirkende, gasförmige Ammoniak sei Eisen noch leichter zu transportieren. Ein Land mit Eisenerzvorkommen − etwa Australien oder Brasilien − könne mittels Direktreduktion reines Eisen gewinnen. Das lasse sich nach Deutschland verschiffen und könne dort mit Wasser, Hitze und einem Katalysator wieder oxidiert werden. Dies setzt den Wasserstoff aus dem Wasser frei. Das oxidierte Eisen lasse sich dann wieder zurückverschiffen.

Ein Pilotvorhaben ist in Namibia unter Regie des deutsch-namibischen Unternehmens Hy Iron angelaufen. Die Anlage zur Direktreduktion des Eisens werde noch 2024 in Betrieb gehen, versichert Rainer Baake, Direktor der Stiftung Klimaneutralität. Als grüne Energiequelle dient vor Ort eine PV-Freiflächenanlage. Baake verweist auf die Berechnungen der Klassifizierungsgesellschaft Det Norske Veritas: Deren Kostenanalyse verschiedener Methoden zur Stromproduktion aus grünem Wasserstoff sieht den Vorteil beim Import von direkt reduzierten Eisen − im Vergleich zur Elektrolyse in Deutschland und zum Import von grünem Ammoniak (siehe auch Grafik).

Baake: „Grünes Eisen ist ein Energiespeicher, der relativ einfach und
kostengünstig gelagert werden kann und mit dem am Kraftwerksstandort bedarfsgerecht große Mengen grünen Wasserstoffs erzeugt werden können.“ Dies komme vor allem für Backup-Kraftwerke oder Industrie infrage, die nicht in der Nähe von einer Wasserstoffpipeline liegen. 

Haber-Bosch: Vom Wasserstoff zum Ammoniak
Die Hauptmethode zur Ammoniakherstellung ist das sogenannte Haber-Bosch-Verfahren, das in den frühen 1900er-Jahren entwickelt wurde. Es basiert auf der Reaktion von Stickstoff aus der Luft und grauem Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird. Der Prozess läuft unter hohem Druck (150 bis 300 bar) und bei Temperaturen von 400 bis 500 Grad Celsius ab, wobei ein Katalysator zur Beschleunigung eingesetzt wird. Wird regenerativ erzeugter Wasserstoff zur Produktion verwendet, ist von grünem Ammoniak die Rede.

Cracker: Vom Ammoniak zum Wasserstoff
Ein Ammoniak-Cracker zerlegt Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff. Der Prozess läuft in einem Reaktor ab, in dem das Ammoniak auf 800 bis 1.000 Grad Celsius erhitzt wird. Ein Katalysator, häufig Nickel, hilft, die Bindungen im Ammoniak zu spalten. Am Ende entsteht ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff. Um den Wasserstoff weiter nutzbar zu machen, wird das Gas gereinigt.