BiowasserstoffAnalyse
Klimafußabdruck von Wasserstoff aus Gas, Elektrolyse und Biomethan: Vergleich und EU-Schwellenwerte
Der Klimafußabdruck von Wasserstoff schwankt von einigen Dutzend kg CO₂e/kg bei Elektrolyse mit Kohlestrom aus dem Netz bis zu negativen Werten bei Biomethan aus Gülle. Wir rechnen Beispiele und besprechen die 70-%-Schwelle im EU-Recht.
Der Klimafußabdruck von Wasserstoff hängt von der Art seiner Erzeugung ab und kann sich um eine Größenordnung unterscheiden: Wasserstoff aus der Erdgasreformierung ohne CO₂-Abscheidung emittiert etwa 9–10 kg CO₂ je kg H₂, mit Abscheidung – um ein Mehrfaches weniger, Elektrolyse mit Netzstrom hoher Emissionsintensität kann sogar über 30 kg CO₂/kg H₂ ergeben, und Wasserstoff aus Biomethan aus Gülle kann Werte nahe null oder negative Werte haben. Im EU-Recht gilt für erneuerbaren Wasserstoff nicht biologischen Ursprungs (RFNBO) und emissionsarmen Wasserstoff eine Schwelle von 70% Emissionsminderung gegenüber dem fossilen Referenzkraftstoff von 94 gCO₂e/MJ, also 28,2 gCO₂e/MJ, was etwa 3,38 kg CO₂e/kg H₂ entspricht.
Umrechnung der Einheiten
Der Heizwert von Wasserstoff beträgt 120 MJ/kg. Somit entspricht 1 gCO₂e/MJ 0,12 kg CO₂e/kg H₂. Die Schwelle von 28,2 gCO₂e/MJ sind 3,38 kg CO₂e/kg H₂. Der Referenzkraftstoff von 94 gCO₂e/MJ entspricht 11,3 kg CO₂e/kg H₂.
Vergleich der Wege (Berechnungsbeispiele)
| Weg | Annahmen | Fußabdruck (kg CO₂e/kg H₂) |
|---|---|---|
| Erdgasreformierung ohne Abscheidung | typische Prozessemissionen | ca. 9–10 (ohne Emissionen der Gaslieferkette) |
| Reformierung mit CO₂-Abscheidung 90% | wie oben | um ein Mehrfaches weniger (abhängig von Leckagen und Energie) |
| Elektrolyse, Netz 0,6 tCO₂/MWh | 52 kWh/kg | 52 × 0,6 = 31,2 |
| Elektrolyse, Netz 0,1 tCO₂/MWh | 52 kWh/kg | 5,2 |
| Elektrolyse mit erneuerbaren Energien | RFNBO-Anforderungen | nahe 0 im Zyklus |
| Reformierung von Biomethan 20 gCO₂e/MJ | 3,4 kg CH₄/kg H₂ = 170 MJ | 170 × 20 g = 3,4 |
| Reformierung von Biomethan aus Gülle −20 gCO₂e/MJ | wie oben | −3,4 |
Für die Reformierung von Biomethan wurde angenommen, dass die Emissionsintensität des Biomethans maßgeblich ist (sie enthält bereits die Emissionen der Lieferkette); das CO₂ aus der Reformierung ist biogen. Zusätzliche Emissionen aus Hilfsenergie können das Ergebnis erhöhen. Die Werte in der Tabelle sind illustrativ.
Warum das Kohlenetz die Bilanz der Elektrolyse ruiniert
Die Elektrolyse verbraucht ca. 52 kWh/kg H₂. Bei einer Netzintensität von 0,6 tCO₂/MWh ergibt das 31 kg CO₂ je kg Wasserstoff – fast dreimal so viel wie bei der Gasreformierung. Deshalb verlangt das EU-Recht für RFNBO Zusätzlichkeit sowie zeitliche und geografische Korrelation, damit der Wasserstoff aus tatsächlich zusätzlicher erneuerbarer Energie erzeugt wird und nicht aus Energie, die aus dem bestehenden Mix stammt.
Wasserstoff aus Biomasse in den Vorschriften
Wasserstoff aus Biomasse (Reformierung von Biomethan, Vergasung) unterliegt den Nachhaltigkeits- und Treibhausgasminderungskriterien für Kraftstoffe aus Biomasse. Für Biokraftstoffe im Verkehr aus Anlagen, die nach 2020 in Betrieb genommen wurden, beträgt die geforderte Minderung mindestens 65% gegenüber 94 gCO₂e/MJ, also höchstens 32,9 gCO₂e/MJ (ca. 3,95 kg CO₂e/kg H₂). Die genauen Anforderungen hängen von der Anwendung und der aktuellen Fassung der Vorschriften ab. Emissionsarmer Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen mit CO₂-Abscheidung hat eine eigene Berechnungsmethodik (unter Berücksichtigung von Methanleckagen und Abscheideeffizienz).
Rolle der Methanleckagen
Bei der Reformierung fossilen Gases können Methanleckagen in der Lieferkette den Fußabdruck des Wasserstoffs erheblich erhöhen. Nehmen wir z. B. eine Kette mit einer Intensität von 15 gCO₂e/MJ Gas an und einen Gasverbrauch von 170 MJ/kg H₂, betragen die zusätzlichen Emissionen 2,55 kg CO₂e/kg H₂ – beinahe so viel wie die gesamte Schwelle von 3,38. Das erklärt die Bedeutung der Methanverordnung und der Kontrolle von Methanverlusten.
Beispiel: Wasserstoff aus Biomethan und die EU-Schwelle
Biomethan mit einer Intensität von 25 gCO₂e/MJ ergibt Wasserstoff mit 170 × 25 = 4250 g, also 4,25 kg CO₂e/kg H₂ – über der Schwelle von 3,38. Um innerhalb der 70-%-Schwelle (3,38 kg CO₂e/kg H₂) zu bleiben, muss das Biomethan eine Intensität von unter etwa 20 gCO₂e/MJ haben (3380 g / 170 MJ = 19,9); für die 65-%-Schwelle, die für Kraftstoffe aus Biomasse im Verkehr gilt (3,95 kg CO₂e/kg H₂), wären es ca. 23 gCO₂e/MJ (3950 g / 170 MJ = 23,2). Das erfordert ein abgedecktes Gärrestlager, einen niedrigen Methanschlupf und eine gute Logistik, und am leichtesten ist dies bei Gülle und Abfällen zu erreichen.
Schlussfolgerungen
- Der Fußabdruck von Wasserstoff ergibt sich nicht aus der „Farbe“, sondern aus Daten: Energiequellen, Methanverlusten und CO₂-Abscheidung.
- Elektrolyse ist nur dann sauber, wenn der Strom sauber ist.
- Biomethan aus Abfällen und Gülle kann Rohstoff für Wasserstoff mit niedrigem oder negativem Fußabdruck sein.
- Verlangen Sie bei der Bewertung von Projekten eine Bilanz mit Angabe der Systemgrenzen und der Methodik.
Zusammenfassung
Vergleiche des CO₂-Fußabdrucks von Wasserstoff erfordern einheitliche Einheiten und offengelegte Annahmen. Wasserstoff aus Biomethan kann die EU-Anforderungen erfüllen, wenn das Biomethan einen niedrigen Fußabdruck hat, doch die Einzelheiten der Produktionskette entscheiden.
Quellen
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