Biowasserstoff-Magazin

Die Grüne/Solare Wasserstoffwirtschaft - Ökonomie

Ökonomisch

Um die Vorzüge der Solaren Wasserstoffwirtschaft zu verstehen muss man die Fakten unserer heutigen Energiewirtschaft kennen. Diese wird Ihnen der erste Teil dieses Artikels näher bringen.

Energiewirtschaft heute

Strom

Der heutige Strompreis besteht im Wesentlichen aus drei Teilen, zum einem aus dem Produktionspreis von ca. 5 Cent/kWh, welcher etwa ein Viertel der Kosten beträgt, den Sie als Verbraucher zahlen müssen. Zum Zweiten aus Steuern und Abgaben an die Gemeinden. Besonders interessant ist jedoch der dritte Anteil, die Netznutzungsgebühren. Sie zahlen für das Stromnetz etwa 6 Cent, also 1/3 des Strompreises. Dieser hohe Anteil kommt durch mehrere Faktoren zustande. Zum einen sind das die Übertragungsverluste von 8 % des Stroms auf 100 km Leitungslänge, zum anderen ist ein Stromnetz teuer im Bau und Unterhalt. Die Effizienz der Kraftwerke, welche in Deutschland derzeit in Betrieb sind, liegt im Durchschnitt bei nur 30 %. Das heißt 70 % der Energie aus Kohle, Uran oder Gas werden zur Wolkenproduktion eingesetzt. Insgesamt betragen die Stromkosten derzeit ca. 19 Cent/kWh für den Privathaushalt.

Ein nicht enthaltener Teil im Strompreis sind die externen Kosten. Das Umweltbundesamt hat festgestellt, dass Kosten durch Umweltverschmutzung, Klimagase und gesundheitliche Schädigungen im heutigen System bei fossilen Energieträgern im Durchschnitt 7 Cent pro Kilowattstunde betragen. [1]

Das bedeutet, etwa 35 % des Strompreises zahlt die Gesellschaft noch mal obendrauf, über Steuern, die zur Beseitigung von Umweltschäden eingesetzt werden, erhöhte Versicherungsprämien durch mehr Stürme, Hochwasser, Dürren oder heftige Regenfälle.

Verkehr

Der Individualverkehr, welcher heute fast ausschließlich durch fossile Rohstoffe angetrieben wird, macht etwa 16 % der CO2-Emissionen aus. Die Effizienzbilanz ist erbärmlich. Ein moderner Ottomotor wandelt im Durchschnitt nur 20 % der Energie, welche als Benzin oder Diesel im Tank gespeichert ist, in Bewegung des Autos um. Zusätzlich brauchen die Autos immer mehr Strom um elektrische Fensterheber zu bedienen, eine Klimaanlage und den Bordcomputer, der immer mehr leistet, zu betreiben. Dieser Strom muss durch den ineffizienten Motor und die Lichtmaschine erzeugt werden. 

Außerdem geht bei einem heutigen Auto die Bremsenergie ungenutzt verloren. Bei den wenigen Hybridautos geschieht das zwar nicht, aber durch die nötigen, zusätzlichen Teile wird das Auto schwerer, und verbraucht dadurch wiederum mehr.

Allen Kraftstoffen, ob Gas, Benzin oder Diesel, ist gemeinsam, dass sie fossile Rohstoffe sind und damit endlich. Dies wirkt sich schon heute negativ auf den Preis aus.

Heutzutage beträgt der reine Produktionspreis des Benzins um die 40 Cent pro Liter. Das macht 0,40 € * 6 Liter Verbrauch pro 100km = 2,40 € pro gefahrenen 100 Kilometern. Rechnen Sie sich doch mal die Kosten für ihr Auto und dessen realen Verbrauch aus, der teilweise deutlich höher liegt als in den derzeit gültigen, genormten Messverfahren ermittelt (Normverbrauch).

Die Alternative Rapsdiesel?

Bei Rapsdiesel wird nur ein kleiner Teil der Pflanze genutzt. Zudem muss man zwischen dem Anbau von Raps mehrjährige Pausen mit anderen Pflanzen einlegen um den Boden zu schonen.

Weiterhin ist laut neueren Studien umstritten wie viele Klimagase durch Rapsdiesel eingespart werden können. Manche Studien sprechen sogar von einer höheren Klimaschädlichkeit als Diesel aus Erdöl. Dies kommt durch die benötigten hohen Düngermengen beim Rapsanbau und die resultierende hohe Lachgasemission. Dabei ist zu beachten, dass Lachgas ein 300-mal so starkes Treibhausgas ist wie CO2.  

Der neue BtL-Kraftstoff, auch Sunfuel genannt, ist zwar weitaus effektiver als Rapsdiesel, da er aus der gesamten Pflanze produziert wird, aber trotzdem nur aus relativ trockener Biomasse gewonnen werden kann. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage weiter herabgesetzt, weil Energie zur Trocknung der Pflanzen eingesetzt werden muss.

Wärme

Wärme wird heutzutage aus vier Rohstoffen erzeugt. Das besonders in Städten sehr beliebte Erdgas braucht im Keller nur einen Zähler und eine Heizung. Zudem kann auch das Warmwasser durch Erdgas relativ günstig bereitgestellt werden. Auch das Kochen mit Gas steht hoch im Kurs. Die Hitze ist direkt vorhanden oder wieder aus. Nur die in Anschaffung und Betrieb teureren Induktionsherde können diesen Komfort übertreffen.

Als zweite Wärmequelle ist das Erdöl zu nennen. Dafür benötigt man einen Tank im Keller oder im Garten. Bei einer Ölheizung  muss man meist mit teurem Strom kochen, da kein zusätzlicher Erdgasanschluss betrieben wird. Dementsprechend hoch ist der Preis.

Dann gibt es noch die mit 5 % vertretene Fernwärme, welche die Abwärme von Kraftwerken nutzt, welche über weite Strecken transportiert werden muss und dementsprechend verlustreich ist.

Weiterhin ist die Pelletheizung mittlerweile im Neubau sehr beliebt, da sie günstiger und umweltfreundlicher als Öl ist. Ein großer Nachteil ist jedoch die hohe Feinstaubproduktion der Anlagen, welche durch noch nicht vorgeschriebene Feinstaubfilter zurückgehalten werden könnte. Dazu kommt die relativ platzintensive Lagerung der Pellets, welche nur in trockenen Räumen oder Behältern erfolgen kann.

 

Solare Wasserstoffwirtschaft

In einer solaren Wasserstoffwirtschaft - hier Wasserstoff aus feuchter Biomasse - sind die Kosten weitaus geringer als heute. Die Gründe erfahren Sie hier im zweiten Teil dieses Artikels.

Produktionskosten

Zuerst kommen natürlich die Produktionskosten, diese liegen mit einer 500MW- Anlage bei etwa 2,5 Cent/kWh. Bei diesem Preis wird von Biomassekosten von 73 € pro Tonne ausgegangen, welche großzügig berechnet wurden, im Hinblick auf heutige Preise, welche in einer Studie von der Deutschen Energie Agentur [2] auf größtenteils unter 60 € beziffert werden. Bei einem Biomassepreis von 60 € pro Tonne würde die kWh Wasserstoff nur noch 2,2 Cent kosten. Sie haben sicher noch die Kosten für die Stromproduktion im Kopf, 5 Cent pro kWh, etwa doppelt so hoch.

Verteilungskosten

Nun kommen wir zu den Verteilungskosten, die weitaus geringer sind, da zum einen ein Rohrnetz genutzt wird was sehr günstig ist. Pro kWh schlägt die Verteilung mit unter einem Cent zu Buche. Zum anderen wird in einer Wasserstoffwirtschaft der komplette Energiebedarf über eine Rohrleitung verteilt, somit wird mehr als heute transportiert und gewöhnliche Kostenreduktion durch eine höhere Menge trägt ihren Teil zu den geringen Kosten bei. Natürlich muss man für eine flächendeckende Wasserstoffversorgung das heutige Erdgasnetz ausbauen, was aber bereits in dem genannten Preis inbegriffen ist. Hier möchte ich zum Vergleich noch einmal die Stromverteilungskosten von über 6 Cent in Erinnerung rufen. Auch den Vergleich zum Erdgas möchte ich hier bringen: Die nötigen Heizer und Verdichter im Netz sind verantwortlich für die höheren Kosten im Erdgasnetz, welche von der Bundesnetzagentur auf 22 % der Erdgaskosten und damit etwa 2 Cent beziffert werden. Hierin enthalten sind zudem die Kosten für die Messung der Erdgasmenge.

Effizienz

Bis hier konnte die Solare Wasserstoffwirtschaft punkten. Nun kommen wir zu der Effizienz, zuerst in der Wasserstoffproduktion. Die Effizienz beträgt mindestens 78 % in der Wasserstofffabrik. Bei der Verteilung des schon ab Fabrik unter Druck stehenden Wasserstoffes fallen Verluste von etwa 0,04 % an. Vergleichen Sie auch diesen Verlust mit dem im Stromnetz, etwa 8 %. 

Strom

Eine herkömmliche Brennstoffzelle hat einen elektrischen Wirkungsgrad von 60 %. Auch den kann man unter Berücksichtigung des Fabrikwirkungsgrades mit dem von einem herkömmlichen Kraftwerk vergleichen: 78 % * 60 % = 46 %. Das sähe im Vergleich zu den heutigen Kraftwerksneubauten mit 43 % kaum besser aus, würde man außer Acht lassen, dass die anfallende Wärme im Kraftwerk nicht, bei der Brennstoffzelle jedoch selbstverständlich genutzt wird, da diese dezentral in jedem Haus steht. Wenn man die reinen Strombezugskosten betrachtet liegen diese bei unter 5 Cent. Diesen ohne Steuern berechneten Preis muss man mit dem heutigen Strompreis ohne Steuern vergleichen, welcher bei etwa 12 Cent liegt.

Wärme

Da eine Brennstoffzellenheizung eine Brennwertheizung ähnlich der modernen Gasbrennwertheizung ist, welche einen auf den Heizwert gerechneten Wirkungsgrad von bis zu 112 % erreichen, erreicht auch sie einen Wert über 100 %, nämlich 116 %. Dies kommt allein dadurch, dass die Effizienzberechnung einer Heizung auf den Heizwert eines Brennstoffs bezogen durchgeführt wird, welcher aber nicht die komplette, beim Verbrennungsprozess entstehende Wärme berücksichtigt. Diese Gesamtwärmeenergie ist aber im Brennwert enthalten. Man erhält die Wärme zu einem sehr günstigen Preis von unter 3 Cent pro kWh. Hierzu im Vergleich der Preis von Erdgas mit über 6 Cent pro kWh, beide Preise wiederum ohne Steuern.

Verkehr

Durch die dreifache Effizienz einer Brennstoffzelle zusammen mit Elektromotoren und den geringeren Brennstoffkosten, verglichen mit einem Verbrennungsmotor, kommt man bei einem Brennstoffzellenfahrzeug auf einen Preis von unter 50 Cent pro 100 km Fahrt. Vergleichen sie das mit dem Preis, den Sie für Ihr Auto berechnet haben. Bei dem von mir genutzten Auto zahle ich das Siebenfache.

Der Tankvorgang dauert nur wenige Minuten, ist aber ein wenig anders als bei einem flüssigen Brennstoff. Für jemanden, der heute mit Erdgas oder Autogas fährt, wird sich kaum etwas ändern. Alle anderen werden sich an die neue Art zu tanken schnell gewöhnen.

Industrie

Durch günstige Energie werden insbesondere energieintensive Wirtschaftszweige, wie die Metallherstellung und -Verarbeitung, die chemische Industrie, die Halbleiterindustrie und das produzierende Gewerbe profitieren. Die Belastungen aus zukünftigen CO2 – Zertifikatskäufen würden wegfallen und somit einen Kostenfaktor entschärfen. Zudem kann das bei der Biowasserstoffherstellung entstehende CO2 abgesondert, gespeichert und in der Industrie nutzbringend verwendet werden.

Nun kann man denken, es wäre ja schön, wenn es so wäre. Aber es kommt schnell die Frage auf, was die Umstellung denn kostet.

Für die sich neu orientierenden Unternehmen kostet dieser Prozess natürlich Geld und Ressourcen. Doch das ist im Zuge der allgemeinen Produktweiterentwicklung ein natürlicher Prozess der bei einem so bedeutendem Umstieg natürlich kurzfristig mehr kostet, aber nötig sein wird um wettbewerbsfähig zu bleiben. Denn mit veralteter Technologie wird man in Zukunft kein Geld mehr verdienen können. Umso mehr aber in einem neuen Markt, ohne sich gegen fest etablierte Anbieter durchsetzen zu müssen. Innovative Unternehmen werden wachsen und neue Arbeitskräfte einstellen. Doch diesem Feld widmet sich dieser Artikel nicht weiter, sondern wendet sich den Kosten für den Privathaushalt zu.

Privathaushalte

Die Brennstoffzelle, das Herzstück der Heizung und des Autos, wird durch die einsetzende Massenproduktion sehr günstig werden. Dadurch bedingt wird eine Brennstoffzellenheizung günstiger als heutige Gas- oder Ölbrennkessel-Heizungen sein. Man benötigt durch die „kalte Verbrennung“ ohne Flamme in der Brennstoffzelle und der resultierenden geringeren Temperatur weniger hitzebeständige und damit teure Materialien.

Im Auto wird der aufwendige Verbrennungsmotor entfallen. Die Anschaffungskosten werden sich verringern, da Brennstoffzellensystem, Elektromotoren und Zwischenspeicher für die Bremsenergie in Großserienfertigung weniger kosten als das heutige Antriebssystem. Bei Verwendung von Radnabenmotoren wird man die Räder komplett querstellen können und in jede Parklücke komfortabel seitlich einparken. Zu sehen ist diese Technik bei der Konzeptstudie Fine T von Toyota, einem Brennstoffzellenauto mit Radnabenmotoren. Viele Reparaturgründe entfallen ohne Verbrennungsmotor, wie auch die Abgasuntersuchung und der Ölwechsel.

Fazit

Zusammenfassend stellt man fest, dass ein enormes Potenzial zur Kostensenkung gegeben ist, sowohl im Haushalt, als auch im Verkehr. Dies ist durch die Verdoppelung der Effizienz auf der Erzeugerseite bedingt, denn Wärmeerzeugung findet direkt beim Wärmeverbraucher statt. Durch die schrittweise Umstellung kann man die alten Geräte weiter nutzen bis man die finanziellen Mittel hat, um auf die neue Technik umzusteigen.

Für die Wirtschaft öffnet sich indes ein ganz neuer Markt mit enormem Wachstumspotenzial, sowohl für den Binnenmarkt, als auch mittelfristig für den Export. Denn die solare Wasserstoffwirtschaft, einmal irgendwo installiert, wird Schule auf der gesamten Welt machen.

 

Im Text erwähnte Verweise:
[1] http://www.umweltbundesamt.de/uba-info-presse/hintergrund/externekosten.pdf
[2] http://www.lbst.de/publications/studies__d/2006/dena_BtL-Realisierungsstudie_Zusammenfassung_13DEC2006.pdf

 

Sebastian Muschik - November 2008

 

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