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Dekarbonisierung des Schwerverkehrs durch innovative Wasserstofftechnologien
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Dimitry Dayen , Senior Research Analyst for Energy
Neue Technologien eröffnen hervorragende Chancen für die spürbare Senkung der weltweiten CO2-Emissionen.
Die wichtigsten Erkenntnisse
- Eine Reihe neuer Technologien wie Wasserstoffbrennzellen hat das Potenzial, den Schwerverkehr zu dekarbonisieren und die weltweiten Emissionen deutlich zu senken.
- Dabei werden technologische Fortschritte gemacht, um die Produktionskosten von grünem Wasserstoff zu reduzieren. Die Regierungen räumen Wasserstoff weltweit hohe Priorität ein.
Das Rennen um die Dekarbonisierung des Schwerverkehrs hat begonnen – eine grosse Chance, die weltweiten CO2-Emissionen zu senken. Zwar wird dem Pkw-Verkehr als Mittel zur Senkung der Treibhausgasemissionen viel Aufmerksamkeit geschenkt, allerdings sind Pkw im Vergleich zum Schwerverkehr für einen geringeren Teil des Verbrauchs verantwortlich und machen nur 7 % der weltweiten Emissionen aus. Um eine grössere Wirkung zu erzielen, ist die Durchsetzung von nicht-fossilen Brennstoffen im Schwerverkehr erforderlich: Lkw, Busse, Schiffe und Züge verursachen zusammen mit Pkw 14 % der weltweiten Treibhausgasemissionen. Ein Beispiel: Obwohl Lkw und Busse nur 5 % der Fahrzeuge auf US-amerikanischen Strassen ausmachen, sind sie aufgrund der geringeren Kraftstoffeffizienz und der höheren Auslastung für 29 % der Emissionen verantwortlich.
Einige neuartige Technologien haben das Potenzial, den Schwerverkehr zu dekarbonisieren, und bieten Anlegern Möglichkeiten, hiervon zu profitieren. Die Unterstützung durch die Politik und die Bemühungen von Unternehmen, neue innovative Technologien zu entwickeln, tragen dazu bei, die Kostenkurve zu senken. Dabei werden grosse Zielmärkte erschlossen. Die Entwicklung dieser Technologien wird im nächsten Jahrzehnt gravierende Auswirkungen unter anderem auf die Automobil-, Logistik- und Energiemärkte haben.
Vielseitiger Einsatz von Wasserstoff
Das Potenzial für Wasserstoff und Brennstoffzellen zum Einsatz in Industrie, im Transportwesen und in stationären Kraftwerken ist vielversprechend. Im industriellen Einsatz könnte die Technologie zu einer Dekarbonisierung von Grossindustrien wie der Stahlindustrie beitragen. Im Transportwesen könnte sie als Antriebsform für eine Vielzahl von Lkw, Bussen, Schiffen, Zügen und Flugzeugen genutzt werden. Volvo zum Beispiel verspricht sich von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs) ein ideales Transportmittel für den anspruchsvollen Lkw-Verkehr auf Langstrecken. Ballard Power Systems und Plug Power scheinen weltweit die Technologieführer bei Wasserstoffbrennzellen zu sein, wobei der Schwerpunkt auf dem Bus- und Lkw-Markt liegt. Plug Power hat bereits in einigen Einsatzgebieten, wie z. B. bei Gabelstaplern, Erfolge erzielt.
Cummins, ein Hersteller von Dieselmotoren und Motoren für alternative Kraftstoffe, glaubt, dass Züge zu den Vorreitern für die Nutzung der neuen Technologie gehören werden, da sie weniger von externer Infrastruktur abhängig sind und ein Return-to-Base-System für die Betankung verwenden – eine zentrale Ladeinfrastruktur würde ausreichen, um viele Motoren zu versorgen. Das Unternehmen schätzt, dass die Kosten für Wasserstoffzüge vergleichbar mit denen für die heutige Elektrifizierung von Bahnstrecken sind.
Für den Einsatz in der Schifffahrt arbeitet Bloom Energy mit Samsung Heavy Industries zusammen, um Schiffe mit erdgasbetriebenen Brennstoffzellen zu betreiben. Im Zuge der Entwicklung der Wasserstoffinfrastruktur von Ländern und Häfen könnten die mit Brennstoffzellen betriebenen Schiffe von Erdgas- auf Wasserstoffkraftstoff umsteigen und zu kohlenstoff- und smogfreien Emissionsquellen werden.
Herausforderungen für eine erfolgreiche Zukunft mit Wasserstoff
Ein zentrales Thema für Wasserstoff als Energiequelle sind die Kosten. Morgan Stanley schätzt, dass bis zum Jahr 2050 bis zu 20 Billionen US-Dollar an Investitionen nötig sein könnten, um einen hohen Zehnprozentbereich der weltweiten Emissionen zu dekarbonisieren. Um die Akzeptanz von Wasserstoff als Dekarbonisierungskraft zu erhöhen, muss der Welt vermutlich zunächst der durch Wasserelektrolyse gewonnene grüne Wasserstoff schmackhaft gemacht werden. Dieser ist derzeit mit 10 bis 13 USD/kg Wasserstoff im Einzelhandel unerschwinglich und um ein Vielfaches teurer als Diesel.
Im oberen Teil der Lieferkette kostet grüner Wasserstoff derzeit etwa 6 USD/kg in der Produktion (vor der Verteilung), verglichen mit etwa 1 USD/kg für grauen Wasserstoff. Der Industriegashersteller Linde hat erklärt, dass die Kosten auf 4 USD/kg sinken müssen, damit grüner Wasserstoff wettbewerbsfähig ist, obwohl die Wirtschaftlichkeit auf Projektebene die kostendeckenden Preise beeinflussen wird. Der Hydrogen Council, eine globale Initiative von Energie-, Transport- und Industrieunternehmen, die sich für die Entwicklung und Einführung von Wasserstoff einsetzt, glaubt, dass die Kosten bis 2030 auf etwa 2,50 USD/kg sinken müssen, um die Dekarbonisierung des Lkw-Langstreckenverkehrs auf Basis der Gesamtbetriebskosten wirtschaftlich attraktiv zu machen.
Gleichzeitig sind Regierungen auf der ganzen Welt zu Investitionen bereit, um eine Grössenordnung zu schaffen, die die Kosten senkt. Dies ist besonders auf der Vertriebsseite der Kostengleichung ein wichtiger Punkt. China und die EU sind die Märkte, die die Einführung von Wasserstoff am ehesten vorantreiben werden, aber wir behalten auch Kalifornien im Auge. Der kürzlich von der EU verabschiedete Europäische Grüne Deal beinhaltet zum Beispiel eine EU-Wasserstoffstrategie, die vorsieht, von 2020 bis 2024 mindestens 6 Gigawatt an erneuerbaren Wasserstoff-Elektrolyseuren zu installieren und bis zu einer Million Tonnen erneuerbaren Wasserstoff zu produzieren; von 2025 bis 2030 steigt dies auf mindestens 40 Gigawatt bzw. 10 Millionen Tonnen, während Wasserstoff zu einem festen Bestandteil eines integrierten Energiesystems wird.