TY - THES

T1 - Wasserstoff in einer klimaneutralen Gesellschaft

T2 - Gegenüberstellung von zukünftigem Bedarf und technischen und wirtschaftlichen Potentialen verschiedener grüner Wasserstofferzeugungstechnologien

AU - Ruprecht, David

N1 - nicht gesperrt

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Um die Klimaziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen und die Erderwärmung auf 1,5 bis 2°C bis zum Ende dieses Jahrhunderts zu begrenzen, gilt es ein klimaneutrales Wirtschafts- und Energiesystem zu realisieren. Für eine solche klimaneutrale Gesellschaft ist ein massiver Ausbau der erneuerbaren Energien und die Elektrifizierung vieler heute fossil betriebener Anwendungen erforderlich. Da jedoch gewisse Anwendungen verbleiben, in denen der Einsatz elektrischer Energie nicht oder nur schwer möglich sein wird, werden zukünftig klimaneutral erzeugter Wasserstoff und darauf aufbauende synthetische Energieträger als Endenergieträger eine wichtige Rolle spielen.In dieser Arbeit soll daher auf Grund der guten Datenlage am Beispiel Deutschlands anhand einer Vielzahl an Studien und Szenarien der zukünftige Bedarf an Wasserstoff und synthetischen Energieträgern in einer klimaneutralen Gesellschaft eruiert werden. Hierbei werden für die Sektoren Industrie, Mobilität, Wärme und Energie möglichst detailliert und nach Endanwendungen Bandbreiten für den möglichen Einsatz dieser Energieträger erhoben. Daraus resultiert ein Mindest- und ein Maximalbedarf an Wasserstoff und darauf aufbauenden synthetischen Energieträgern für ein klimaneutrales Deutschland der Zukunft.Klimaneutraler „grüner“ Wasserstoff lässt sich mittels erneuerbarer elektrischer Energie durch die Elektrolyse von Wasser erzeugen. Daher werden anschließend die drei relevanten Elektrolysetechnologien der alkalischen Elektrolyse, der PEM-Elektrolyse und der Hochtemperaturelektrolyse genauer betrachtet. Insbesondere soll untersucht werden, ob die Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe oder die Fertigung einzelner Komponenten den Ausbau dieser Technologien im großen Stil verhindern könnten. Zusätzlich soll auf gegenwärtige und zukünftige Investitionskosten eingegangen werden.Neben einer Betrachtung der möglichen biogenen Wasserstoffproduktion erfolgt eine Auseinandersetzung mit der Thematik des „blauen“ Wasserstoffs aus fossilen Quellen mit Abscheidung und Speicherung von CO2. Dabei soll insbesondere darauf eingegangen werden, ob es sich hierbei um eine klimaneutrale Technologie handeln kann.Abschließend erfolgt eine Einschätzung der in Deutschland möglichen inländischen „grünen“ Wasserstofferzeugung und den daraus resultierenden nötigen Importen. Durch eine Betrachtung der zukünftig zu erwartenden Gestehungskosten für „grünen“, „blauen“ und „grauen“ Wasserstoff lässt sich feststellen, ab wann „grüner“ Wasserstoff aus mitteleuropäischer Produktion bzw. Import wirtschaftlich sein kann und ob „blauer“ Wasserstoff eine interessante Alternative oder Brückentechnologie darstellen können wird.

AB - Um die Klimaziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen und die Erderwärmung auf 1,5 bis 2°C bis zum Ende dieses Jahrhunderts zu begrenzen, gilt es ein klimaneutrales Wirtschafts- und Energiesystem zu realisieren. Für eine solche klimaneutrale Gesellschaft ist ein massiver Ausbau der erneuerbaren Energien und die Elektrifizierung vieler heute fossil betriebener Anwendungen erforderlich. Da jedoch gewisse Anwendungen verbleiben, in denen der Einsatz elektrischer Energie nicht oder nur schwer möglich sein wird, werden zukünftig klimaneutral erzeugter Wasserstoff und darauf aufbauende synthetische Energieträger als Endenergieträger eine wichtige Rolle spielen.In dieser Arbeit soll daher auf Grund der guten Datenlage am Beispiel Deutschlands anhand einer Vielzahl an Studien und Szenarien der zukünftige Bedarf an Wasserstoff und synthetischen Energieträgern in einer klimaneutralen Gesellschaft eruiert werden. Hierbei werden für die Sektoren Industrie, Mobilität, Wärme und Energie möglichst detailliert und nach Endanwendungen Bandbreiten für den möglichen Einsatz dieser Energieträger erhoben. Daraus resultiert ein Mindest- und ein Maximalbedarf an Wasserstoff und darauf aufbauenden synthetischen Energieträgern für ein klimaneutrales Deutschland der Zukunft.Klimaneutraler „grüner“ Wasserstoff lässt sich mittels erneuerbarer elektrischer Energie durch die Elektrolyse von Wasser erzeugen. Daher werden anschließend die drei relevanten Elektrolysetechnologien der alkalischen Elektrolyse, der PEM-Elektrolyse und der Hochtemperaturelektrolyse genauer betrachtet. Insbesondere soll untersucht werden, ob die Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe oder die Fertigung einzelner Komponenten den Ausbau dieser Technologien im großen Stil verhindern könnten. Zusätzlich soll auf gegenwärtige und zukünftige Investitionskosten eingegangen werden.Neben einer Betrachtung der möglichen biogenen Wasserstoffproduktion erfolgt eine Auseinandersetzung mit der Thematik des „blauen“ Wasserstoffs aus fossilen Quellen mit Abscheidung und Speicherung von CO2. Dabei soll insbesondere darauf eingegangen werden, ob es sich hierbei um eine klimaneutrale Technologie handeln kann.Abschließend erfolgt eine Einschätzung der in Deutschland möglichen inländischen „grünen“ Wasserstofferzeugung und den daraus resultierenden nötigen Importen. Durch eine Betrachtung der zukünftig zu erwartenden Gestehungskosten für „grünen“, „blauen“ und „grauen“ Wasserstoff lässt sich feststellen, ab wann „grüner“ Wasserstoff aus mitteleuropäischer Produktion bzw. Import wirtschaftlich sein kann und ob „blauer“ Wasserstoff eine interessante Alternative oder Brückentechnologie darstellen können wird.

KW - hydrogen

KW - electrolyis

KW - Wasserstoff

KW - Elektrolyse

M3 - Masterarbeit

ER -