Hydrogen for heating? Decarbonization options for households in the European Union in 2050
Working Paper
Heizen mit Wasserstoff? Möglichkeiten der Dekarbonisierung für Privathaushalte in Deutschland im Jahr 2050
(English version here.)
Die deutsche Regierung hat sich das Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen (THG) im Gebäudebereich im Vergleich zum Jahr 1990 bis zum Jahr 2030 um zwei Drittel zu senken. Ein wichtiger Faktor für das Erreichen dieser Zielsetzung wird die Wärmeversorgung sein. Ca. 60 % des Endenergiebedarfs für deutsche Wohngebäude entfällt auf die Raumheizung, wobei zwei Drittel der Energie für die Raumheizung aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden. Bei der Wärmeversorgung bestehen mehrere Möglichkeiten zur THG-Reduktion. Die Bundesregierung wird noch festlegen müssen, welche der Optionen sie fördert—vor allem vor dem Hintergrund, dass 17 % der deutschen Privathaushalte einen hohen Anteil des Einkommens für Energie ausgeben. Im Rahmen dieser Studie bewerten wir unterschiedliche Pfade der Wärmeversorgung für Wohngebäude mit niedriger THG-Emission sowie THG-neutrale Pfade für Deutschland, um zu bestimmen, welcher im Jahr 2050 der kostenseitig wettbewerbsfähigste sein wird: 1. Wasserstoffkessel, 2. Wasserstoff-Brennstoffzellen mit einem Hilfswasserstoffkessel für Kälteperioden, 3. mit erneuerbarem Strom betriebene Luftwärmepumpen und 4. Wärmepumpen mit einem Hilfswasserstoffkessel für Kälteperioden. Wir beziehen kohlenstofffreien Wasserstoff in unsere Bewertung mit ein, der mithilfe von erneuerbarem Strom durch Elektrolyse gewonnen wird, außerdem treibhausgasarmen Wasserstoff aus der Dampfreformierung von Methan (Steam Methane Reforming, SMR) unter Verwendung von Erdgas in Kombination mit einer Kohlenstoffabscheidung und-speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS): SMR + CCS.
Die Abbildung ES1 zeigt, dass Luftwärmepumpen gemäß unserer Bewertung im Jahr 2050 die kosteneffizienteste Heiztechnologie für Wohngebäude darstellen werden, wobei die Kosten im Vergleich zu reinen Wasserstofftechnologien um mindestens 40 % geringer sind. Bei Durchführung einer Sensitivitätsanalyse—selbst wenn die Erdgaskosten im Jahr 2050 50 % niedriger oder die Kosten für erneuerbaren Strom 50 % höher wären als in unserer zentralen Annahme—resultieren Wärmepumpen immer noch als kosteneffizienter als Wasserstoffkessel oder Brennstoffzellen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass im Jahr 2050 mittels Elektrolyse hergestellter und aus anderen Teilen Europas eingeführter Wasserstoff im Vergleich zu mittels SMR + CCS in Deutschland hergestelltem Wasserstoff kostenseitig wettbewerbsfähig sein könnte, obwohl Wasserstoff heute noch nicht in ausreichendem Maße durch Elektrolyse hergestellt wird. Verglichen mit allen Pfaden der Wärmeversorgung mit niedriger THG-Emission, die wir im Rahmen dieser Studie bewerten, wären Energieeffizienzmaßnahmen zur Reduzierung des Wärmebedarfs eine kosteneffizientere Strategie zur Senkung der Treibhausgasemissionen. Unsere Analyse zeigt, dass alle Pfade, bei denen erneuerbarer Strom zum Einsatz kommt, eine THGIntensität von nahe null aufweisen, während mittels SMR + CCS hergestellter Wasserstoff die Treibhausgasemissionen im Vergleich zu mittels Erdgas hergestelltem Wasserstoff um 69 %–93 % reduzieren könnte, wenn in Zukunft Verbesserungen vorgenommen werden, um die THG-Intensität für diesen Pfad zu reduzieren. Unsere Ergebnisse haben Relevanz für politische Entscheidungsträger in Deutschland, die entscheiden, wie sowohl die Wärmeversorgung dekarbonisiert als auch die Energiearmut gemindert werden sollen.
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