Lade...
Zum Forschungsvorhaben: Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern
Autor:innen
Herausgeber
Quelle
Schlagwörter
Sektorkopplung, Erneuerbare Energien, Stromnetz
Förderkennzeichen (FKZ)
3722435060
Forschungskennzahl
Zitation
Schreck, S. (2025). Überblick zur Kostenentwicklung von strombasierten erneuerbaren Energieträgern. Umweltbundesamt. https://doi.org/10.60810/openumwelt-7963
Zusammenfassung deutsch
Das vorliegende Kurzpapier aus dem Forschungsvorhaben „Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern“ analysiert Studien, die sich mit der Kostenentwicklung von Wasserstoff und Wasserstoffderivaten befassen. Es werden die folgenden strombasierten, erneuerbaren Energieträger betrachtet: Wasserstoff, Ammoniak, Methan, Methanol, Fischer-Tropsch Kraftstoffe und Dimethylether, sowie die fossil basierten Energieträger blauer Wasserstoff und blauer Ammoniak. Die Kosten werden den Prozessen: Wasserstoff-Erzeugung, Derivatsynthese, Transport, sowie Rückwandlung und Verteilung zugeordnet. In einem gesonderten Kapitel wird der Einfluss der Kohlenstoffquelle für die Wasserstoff-Derivatsynthese betrachtet. Für die Analyse der Erzeugungskosten des Wasserstoffs und o.g. Wasserstoffderivate wurden Studien zu folgenden Regionen berücksichtigt: MENA, Subsahara-Afrika, Nordamerika, Südamerika, Australien, Nordeuropa, Iberische Halbinsel, restliches Europa (ohne Deutschland) und Deutschland. Es zeigt sich, dass es auch bei Betrachtung des gleichen Energieträgers aus der gleichen Erzeugungsregion zu teils starken Abweichungen bezüglich aktueller und zukünftiger Produktionskosten kommt. Die lässt sich auf grundlegende, methodische Ansätze der Studien, sowie die darin gesetzten Randbedingungen, z.B. zukünftige Entwicklung einer beteiligten Technik, zurückführen. Alle Ergebnisse sind in der o.g. Aufteilung in Übersichtsgrafiken unter Nennung der jeweiligen Quelle dargestellt.
Organisationseinheiten
Übersetzungen
Verbundene Publikation
Diskussionsbeitrag zur Bewertung von Carbon Capture and Utilization
(Umweltbundesamt, 2021)
Unter Carbon Capture and Utilization, kurz CCU, verstehen wir Abscheidung, Transport und anschließende Nutzung von Kohlenstoff. In Klimaschutzdebatten werden CCU-Maßnahmen als schnelle Lösung für eine treibhausgasneutrale Industrie angeführt. Sie werden als vielversprechend erachtet, da sich durch die Substitution fossiler Produkte ein geringerer Ausstoß von Emissionen zu ergeben scheint. Jedoch muss die Klimewirkung des gesamten CCU-Prozesses betrachtet werden. Welche Rolle kann CCU wirklich bei der Transformation und in einem zukünftigen defossilen Wirtschaftssystem spielen? Die vorliegende UBA-Studie systematisiert und bewertet dies nach Aspekten des Klimaschutzes sowie der Rohstoffversorgung. Quelle: www.umweltbundesamt.de
Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung
(2019)
Ziel der Studie ist es, die Potentiale wichtiger neuer Anwendungen für Strom zur Subsituierung fossiler Energieträger (sogenannte Sektorkopplungsoptionen (SKO)) für Deutschland bis 2050 zu identifizieren und den möglichen Beitrag dieser Anwendungen zu den energie- und klimapolitischen Zielen zu analysieren. Für die untersuchten SKO lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen. Viele der SKO haben ein hohes Treibhausgas(THG)-Minderungspotential. Wichtig für den THG-Minderungsbeitrag der SKO ist, dass ausschließlich oder überwiegend erneuerbarer Strom zum Einsatz kommt. Eine relevante Anzahl der SKO weist zudem ein hohes Flexibilitätspotential auf und trägt zur Systemintegration von Erneuerbaren bei. Je stärker das Flexibilitätspotential der SKO genutzt wird, desto weniger bedarf es an Technologien, die ausschließlich zur Flexibilitätsbereitstellung eingesetzt werden wie z. B. Speicher. Einige der Sektorkopplungsoptionen können auch einen signifikanten Beitrag zur Energieeffi-zienzsteigerung leisten. Bei der Wirtschaftlichkeit unter Einbezug der Umweltkosten schneiden insbesondere die untersuchten SKO im Verkehr, längerfristig auch in der Wärme gut ab. Viele der SKO in der Industrie stehen diesbezüglich jedoch vor großen Herausforderungen. Unter Wirtschaftlichkeits- und Umweltaspekten sollte möglichst der Strom direkt genutzt werden und auf die Umwandlung zu gasförmigen- oder flüssigen Brenn- und Kraftstoffen verzichtet werden. Dies ist allerdings nicht in allen Anwendungsbereichen möglich bzw. sinnvoll, beispielsweise im internationalen Flug- oder Schiffsverkehr. Wenn Strom umgewandelt wird, ist besonders auf die Stromherkunft zu achten sowie das vorhandene große Flexibilitätspotential dieser SKO zu nutzen. Die Elektrolyse sowie die Gewinnung von CO2 aus Abscheidungsprozessen sind dabei die Schlüsseltechnologien für einen künftigen Markterfolg. Für den mittel- und langfristigen Markterfolg ist aufgrund der langen Vorlaufzeiten ein frühzeitiger Einstieg in die SKO bedeutsam. Quelle: Forschungsbericht
Integration von Power to Gas/Power to Liquid in den laufenden Transformationsprozess
(2016)
Unter Power to Gas (PtG) versteht man die Bereitstellung von Wasserstoff sowie Methan und unter Power to Liquid (PtL) die Bereitstellung flüssiger Kraftstoffe mithilfe von Strom. Zusammen mit anderen "Power to X-Techniken" ermöglichen diese Techniken eine regenerative Energieversorgung aller Anwendungsbereiche. Ziel dieses Positionspapiers ist es, aus dem derzeitigen Kenntnisstand des Umweltbundesamts die Rolle und Perspektive von Power to Gas/Power to Liquid (PtG/PtL) in einem vollständig regenerativen Energiesystem einzuschätzen und insbesondere die Herausforderungen bei der Integration und Weiterentwicklung dieser Technik im laufenden Transformationsprozess in den nächsten Jahren zu benennen.
Quelle: Verlagsinformation
Quelle: Verlagsinformation
Optionen und Potenziale für die Nutzung von biogenem CO₂ für die Herstellung von strombasierten erneuerbaren Energieträgern
(Umweltbundesamt, 2025)
Der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger ist Grundlage für eine treibhausgasneutrale (netto) Zukunft, auch die Nutzung von fossilem CO₂ ist immer mit zusätzlichen Emissionen verbunden. Es stellt sich die Frage, woher kommt der Kohlenstoff, den wir auch in Zukunft noch benötigen werden, wenn auch in deutlich geringerem Umfang? Die Nutzung von Anbaubiomasse ist aufgrund des Flächenbedarfes und der Landnutzungsänderung keine nachhaltige Alternative. Können Rest- und Abfallstoffe aus Biomasse diese Kohlenstoffquelle sein und wie sind diese einzuordnen?Der vorliegende Zwischenbericht aus dem Forschungsvorhaben: Kriterien für eine nachhaltige Bereitstellung und klimagerechte Integration von strombasierten Energieträgern widmet sich dieser Frage. Zuerst werden Daten zu globalen Reststoffpotentialen aus Literaturquellen zusammengefasst. Nachfolgend werden CO₂-Bedarfe von technischen Prozessen für die Herstellung von Wasserstoffderivaten beleuchtet. Abschließend findet eine qualitative Nachhaltigkeitsbewertung der betrachteten CO₂-Punktquellen und ein Abgleich von globalem Potential und globaler Nachfrage statt.
Systemvergleich speicherbarer Energieträger aus erneuerbaren Energien
(Umweltbundesamt, 2020)
Im Zuge der Transformation zu einer treibhausgasneutralen Gesellschaft in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wird der Einsatz von synthetischen Energieträgern diskutiert, die auf erneuerbarem Strom oder Biomasse basieren. Dieses Vorhaben bewertet die Umweltwirkungen technischer und logistischer Optionen für die Bereitstellung solcher Energieträger anhand von Umweltwirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerung oder Flächenbedarf. Auf Basis ausgewählter Prozessschritte/Verfahren und deren aktuellen und zukünftigen technischen Daten wurde die Herstellung von fünf Produkten (Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, Methanol, synthetisches Erdgas, Biomethan und Wasserstoff) betrachtet. Die Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen wie Wind oder PV, von Rohstoffen wie Kohlenstoff oder Wasser sowie von Transportrouten nach Deutschland bildeten die Standortfaktoren für Deutschland, Europa und den Mittelmeerraum, mittels derer die Verfahren zu Bereitstellungspfaden für diese Energieträger kombiniert wurden. Mit der Methode der Ökobilanz wurden die Umwelteffekte heute und im Jahr 2050 analysiert sowie Kosten für die Anlagenerrichtung und den Betrieb geschätzt. Demnach weisen synthetische Energieträger aufgrund der Nutzung erneuerbarer Energien in der Regel ein deutlich niedrigeres Treibhauspotenzial als heutige fossile Referenzprodukte auf. Die Herstellung der Stromerzeugungsanlagen und damit verbundene Wirtschaftsprozesse - etwa die Stahl- und die Zementproduktion - können jedoch einen relevanten Beitrag zum Treibhauspotenzial leisten, wenn sie nicht ebenfalls treibhausneutral sind. Gleichzeitig führen vor allem die Herstellung der erforderlichen Anlagen gegenüber der fossilen Referenz zu (mitunter deutlich) erhöhten Belastungen in fast allen anderen Wirkungskategorien, insbesondere im Wasser- und Flächenbedarf. Diese Studie liefert somit auch Hinweise, welche Umweltwirkungen zukünftig weiter reduziert werden müssen. Quelle: Forschungsbericht