Ganz natürlich?

Wasserstoff und eFuels

Von David Cohnen

Es gibt häufig Missverständnisse bezüglich der Verfügbarkeit und Herstellung von Wasserstoff und eFuels. Manche Menschen gehen davon aus, dass diese Energieträger einfach in der Natur vorkommen und lediglich genutzt werden müssen. Dies ist jedoch nicht der Fall.

Wasserstoff und eFuels sind keine natürlichen Brennstoffe wie Gas und Öl. Wasserstoff kommt in der Natur nicht in reiner Form vor und muss durch Verfahren wie Elektrolyse oder Dampfreformierung erzeugt werden. eFuels werden ebenfalls synthetisch hergestellt, indem CO₂ aus der Luft und Wasserstoff kombiniert werden.

Die Herstellung von eFuels beginnt mit der Erzeugung von Elektrizität durch Windkraft und umfasst mehrere Schritte bis zum fertigen Produkt und dessen Transport zum Verbraucher oder zur Tankstelle. Im Folgenden sind die notwendigen Schritte, einschließlich der Energieverluste und der verbleibenden Energiemenge, detailliert beschrieben:

Erzeugung von Elektrizität durch Windkraft:

• Energieinput: 1 kWh Windenergie
• Verluste: Die Umwandlungseffizienz von Windkraftanlagen liegt bei ca. 90%.
• Verbleibende Energiemenge: 0,9 kWh elektrischer Strom

Elektrolyse zur Wasserstoffproduktion:

• Energieinput: 0,9 kWh elektrischer Strom
• Verluste: Elektrolyseure haben einen Wirkungsgrad von etwa 70%.
• Verbleibende Energiemenge: 0,63 kWh in Form von Wasserstoff

CO₂-Erfassung (Direct Air Capture):

• Energieinput: Die Erfassung erfolgt parallel und benötigt einen zusätzlichen Energieaufwand, der jedoch von der ursprünglichen Energie abgezogen wird.
• Verluste: Der Prozess benötigt etwa 0,2 kWh für die CO₂-Erfassung und -Kompression.
• Verbleibende Energiemenge: 0,43 kWh (0,63 kWh - 0,2 kWh)

Synthese von Wasserstoff und CO₂ zu eFuel (Fischer-Tropsch-Synthese):

• Energieinput: 0,43 kWh in Form von Wasserstoff und zusätzlich 0,2 kWh für den Syntheseprozess.
• Verluste: Die Effizienz der Fischer-Tropsch-Synthese beträgt ca. 50%.
• Verbleibende Energiemenge: 0,215 kWh in Form von synthetischem Kraftstoff (0,43 kWh * 50%)

Veredelung und Raffinierung des eFuels:

• Energieinput: 0,215 kWh synthetischer Kraftstoff
• Verluste: Raffinierungsprozesse erfordern etwa 0,05 kWh.
• Verbleibende Energiemenge: 0,165 kWh fertiges eFuel (0,215 kWh - 0,05 kWh)

Transport zu den Tankstellen:

• Energieinput: 0,165 kWh fertiges eFuel
• Verluste: Transport und Verteilung benötigen ca. 0,01 kWh.
• Verbleibende Energiemenge: 0,155 kWh an der Tankstelle verfügbar (0,165 kWh - 0,01 kWh)

Zusammenfassung: Die Verteilung der Energie über die verschiedenen Prozesse hinweg ergibt folgendes Bild:

• 1 kWh Windenergie
• 0,9 kWh elektrischer Strom (90% Effizienz)
• 0,63 kWh Wasserstoff (70% Effizienz der Elektrolyse)
• 0,43 kWh nach CO₂-Erfassung (minus 0,2 kWh für CO₂-Erfassung)
• 0,215 kWh synthetischer Kraftstoff (50% Effizienz der Fischer-Tropsch-Synthese)
• 0,165 kWh nach Raffinierung (minus 0,05 kWh für Raffinierung)
• 0,155 kWh an der Tankstelle (minus 0,01 kWh für Transport und Verteilung)

Wie ersichtlich ist, ist die Herstellung von eFuels äußerst energieintensiv. Nur ein Bruchteil der ursprünglich eingesetzten Windenergie erreicht als nutzbarer Kraftstoff die Endverbraucher. Allerdings können die genauen Werte je nach verwendeter Technologie und spezifischen Produktionsbedingungen variieren.

eFuels, die aus Wasserstoff und CO₂ hergestellt werden, haben ähnliche Energieinhalte wie fossile Kraftstoffe. Ein Liter eFuel hat in der Regel einen Energieinhalt, der mit dem von Benzin (ca. 8,76 kWh pro Liter) oder Diesel (ca. 9,96 kWh pro Liter) vergleichbar ist. Die Berechnung erfolgt auf Basis des Ausgangspreises von 0,40 € pro kWh Windenergie (marktüblicher Preis für Haushaltsstrom).

Schritte zur Berechnung der Kosten:

1. Windkraft (Ausgangspreis 0,40 € pro kWh, Wirkungsgrad der Windkraftanlagen: 90%)
   • Kosten pro kWh Windkraftstrom: 0,40 € * (1 / 0,9) = 0,4444 €
2. Elektrolyse (Wirkungsgrad 70%)
   • Energieinput: 1 kWh Windkraft liefert 0,9 kWh Strom, der in 0,63 kWh Wasserstoff umgewandelt wird.
   • Kosten pro kWh Wasserstoff: 0,4444 € * (1 / 0,7) = 0,6343 €
3. CO₂-Erfassung
   • Energieinput für CO₂-Erfassung: 0,2 kWh pro kWh Wasserstoff
   • Kosten für CO₂-Erfassung: 0,2 kWh * 0,6343 € = 0,1269 €
   • Kosten Wasserstoff nach CO₂-Erfassung: 0,6343 € + 0,1269 € = 0,7612 €
4. Fischer-Tropsch-Synthese (Wirkungsgrad 50%)
   • Energieinput für Synthese: 0,43 kWh Wasserstoff werden in 0,215 kWh eFuel umgewandelt
   • Kosten pro kWh eFuel: 0,7612 € * (1 / 0,5) = 1,5224 €
5. Raffinierung des eFuels
   • Energieinput für Raffinierung: 0,05 kWh pro kWh eFuel
   • Kosten für Raffinierung: 0,05 kWh * 1,5224 € = 0,0761 €
   • Kosten eFuel nach Raffinierung: 1,5224 € + 0,0761 € = 1,5985 €
6. Transport des eFuels
   • Energieinput für Transport: 0,01 kWh pro kWh eFuel
   • Kosten für Transport: 0,01 kWh * 1,5985 € = 0,01598 €
   • Kosten eFuel nach Transport: 1,5985 € + 0,01598 € = 1,6145 €
7. Herstellergewinne und Amortisation
   • Herstellergewinne und Amortisation: 0,10 € pro kWh eFuel
   • Kosten eFuel nach Herstellergewinnen: 1,6145 € + 0,10 € = 1,7145 €

Zusammenfassung der Kosten:

1. Windkraftstromkosten: 0,4444 € (wegen Wirkungsgrad 90%)
2. Kosten für Wasserstoff: 0,6343 € (wegen Wirkungsgrad 70%)
3. Kosten für CO₂-Erfassung: 0,1269 €
4. Kosten für Fischer-Tropsch-Synthese: 1,5224 € (wegen Wirkungsgrad 50%)
5. Kosten für Raffinierung: 0,0761 €
6. Kosten für Transport: 0,01598 €
7. Herstellergewinne und Amortisation: 0,10 €
8. Endpreis: 1,6145 €

Preis pro Liter eFuel: 8,76 kWh * 1,6145 € / kWh ≈ 12,39 €/l. Das wäre der Preis, den Sie analog zu dem, was Sie jetzt an der Tankstelle bezahlen, für eFuel bezahlen müssten.

Das Ergebnis der Wasserstoffgewinnung stellt im Grunde einen Zwischenschritt bei der Herstellung von eFuels dar. Daher ist der Herstellungsprozess im Vergleich zu anderen Technologien weniger umfangreich. Dennoch sind Aufwand und Kosten derzeit so hoch, dass das Produkt momentan als wenig attraktiv angesehen werden kann. Was die Zukunft bringt, lässt sich jedoch nicht vorhersagen.

Trotz möglicher Abweichungen in den Ergebnissen dürfte das Endergebnis die tatsächliche Situation widerspiegeln.

Zum Schluss ein Vergleich der derzeitigen Energiepreise, die ich im Internet gefunden habe. Die Preise für Energiequellen können stark variieren, abhängig von Region, Anbieter, Marktbedingungen und Vertragsart. Hier sind allgemeine Schätzungen für die Preise, die zur Zeit (August 2024) typischerweise zu finden sind:

1. Gas bis zum Beginn des Ukrainekriegs 0,05 € pro kWh
2. Gas: Etwa bis 0,12 € pro kWh
3. Fernwärme: Bis 0,12 € pro kWh
4. Öl: Rund bis 0,15 € pro kWh
5. Strom: Etwa bis 0,40 € pro kWh für Haushaltsstrom
6. Wasserstoff: Bis 6 € pro kWh
7. eFuel: Bis 20 € pro kWh

Wenn Sie inzwischen eine Wärmepumpe betreiben und diese hat zu Ihrem Vorteil eine Leistungszahl von 2,8, dann zahlen Sie ca. 0,15 € pro kWh, also das rund Dreifache des ehemaligen Gaspreises (0,40 €/ 2,8 / 0,05). Ich gehe davon aus, dass die meisten Menschen, die eine Wärmepumpe besitzen, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe betreiben. Darauf beziehen sich die ermittelten Daten. Wenn es einen kalten Winter gibt oder Sie in einer Gegend wohnen, in der wochenlang Temperaturen unter -10 °C oder sogar unter -20 °C herrschen wird sich ihre Stromrechnung sprunghaft steigern.

Wenn Sie zurzeit mit Wasserstoff heizen möchten, würden Sie etwa das 120-Fache des ehemaligen Gaspreises bezahlen (6 / 0,05).

Wenn Sie derzeit etwas mit eFuel betreiben möchten, zahlen Sie bis zum 400-Fachen des ursprünglichen Gaspreises (20 / 0,05).

Die initiierte Energieumstellung scheint bisher nicht zielführend zu sein. Ersatzenergien wie Wasserstoff und eFuels sind derzeit nicht in ausreichender Menge verfügbar. Niemand kann derzeit vorhersagen, ob oder wann sich dies ändern wird. Die Preise für diese Energien sind für den Durchschnittsbürger zurzeit nicht tragbar.

Es wäre daher sinnvoll, diese Thematik öffentlich zu diskutieren.