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Wasserstoff 101: Anwendungen, Kosten und Chancen

Wie sehen die Chancen rund um Wasserstoff aus? Unsere Experten von Schroders Greencoat diskutieren die Risiken und Chancen, wie sie die Asset-Klasse angehen und wie ihre Investitionsstrategie aussieht.

11.09.2023
hydrogen

Authors

Karin Kaiser
Head of Private Markets Europe
James Samworth
Co-head of Energy Transition
Kristian Høeg Madsen
Co-head of Hydrogen

Was sind die verschiedenen Arten von Wasserstoff?

James Samworth, Co-Head of Energy Transition bei Schroders Greencoat, sagte:

Wasserstoff kann auf verschiedene Arten hergestellt werden und ist normalerweise nach einem Farbschema benannt. Unser Hauptaugenmerk liegt auf dem sogenannten grünen Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von erneuerbarer Energie als Eingangsquelle produziert wird.

Elektrolyse ist der Prozess, bei dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird, indem Strom durch das Wasser geleitet wird.

Die anderen Arten von Wasserstoff, wie pink oder blau, hängen von der Herstellungsweise ab. Pinker Wasserstoff wird ebenfalls durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, aber die Stromquelle stammt aus Kernenergie.

Eine weitere Art von Wasserstoff wird als brauner Wasserstoff bezeichnet, der durch die Vergasung von Kohle Wasserstoff produziert.

Der grösste Teil des Wasserstoffs wird heute als grauer Wasserstoff produziert, der durch einen Prozess der Dampfreformierung von Methan hergestellt wird.

Blauer Wasserstoff verwendet im Wesentlichen den gleichen Prozess: fossiles Gas als Eingangsmaterial, aber es wird Kohlenstoffdioxid erfasst und gespeichert. Das Vereinigte Königreich hat eine etwas andere Politik als Europa für blauen Wasserstoff: Mit dem Versuch, vergleichbare Volumina von beiden zu produzieren, konzentriert sich Europa intensiver auf grünen Wasserstoff. Wir glauben, dass dies hauptsächlich daran liegt, dass das Vereinigte Königreich glaubt, bessere Speicherreserven für CO2 in der Nordsee zu haben und vielleicht einige leichte Wettbewerbsvorteile in Öl und Gas hat.

Das gilt auch für einige Teile der USA, aber wir glauben wirklich, dass grüner Wasserstoff letztendlich der Gewinner sein wird.

Wie wird Wasserstoff verwendet?

James Samworth sagte: Wasserstoff wird heute in verschiedenen Branchen eingesetzt und ist ein bedeutender Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emittent. Das Wasserstoffmolekül ist sehr flexibel und kann als Rohstoff für viele Prozesse verwendet werden. In einigen Fällen wird es tatsächlich direkt als Wasserstoff verwendet. Zum Beispiel in der Stahlindustrie. Stahl macht 9% der globalen Emissionen aus, daher ist es eine ziemlich wichtige Branche, um zu dekarbonisieren.

Wasserstoff kann auch relativ einfach zu Ammoniak verarbeitet werden und das ist der grösste Markt für Wasserstoff heute für die Verwendung als Düngemittel. Aber Ammoniak könnte auch als Brennstoff für den Schiffsverkehr verwendet werden, der auch ein grosser CO2-Emittent ist (etwa 6% der globalen CO2-Emissionen).

Ammoniak kann auch als Transportvektor verwendet werden, da reiner Wasserstoff relativ teuer zu transportieren ist, da er ein kleines Molekül ist und sehr teuer zu komprimieren und zu verflüssigen ist.

Wasserstoff kann auch mit CO2 kombiniert werden. Wasserstoff und CO2 lassen sich mit fast jedem Teil des petrochemischen Stapels mischen, den Sie benötigen. Am einfachsten ist E-Methanol für den Einsatz in der Schifffahrt oder in der Kunststoff- und Chemieindustrie, oder etwas fortschrittlichere Derivate wie nachhaltiger Flugkraftstoff, der praktisch E-Kerosin ist, oder andere E-Kraftstoffe für den Schwerlastverkehr.

Welche Branchen nutzen grünen Wasserstoff?

James Samworth sagte: Viele der Vorreiter waren Konsumgüterbranchen, bei denen neben den wirtschaftlichen Treibern auch ein Markentreiber oder ein ESG-Treiber im Bereich Dekarbonisierung vorhanden ist. Dazu gehören einige Papierunternehmen, aber wir haben auch Lebensmittel- und Getränkehersteller gesehen. Die grossen Industriezweige beginnen, sich zu bewegen, wenn die Subventionsprogramme sich festigen, und das wird die schnelle Skalierung vorantreiben.

Wie funktionieren die Wirtschaftlichkeitsberechnungen für Wasserstoff?

James Samworth sagte: Bei Wasserstoff haben Sie einen physischen Abnehmer. Eine Abnahmevereinbarung ist eine Vereinbarung zwischen einem Produzenten und einem Käufer zum Kauf oder Verkauf von Teilen der zukünftigen Waren des Produzenten. Sie müssen also Ihren Wasserstoff an einen Kunden verkaufen. Dies hat Auswirkungen auf Projekte in mehreren Dimensionen.

Typischerweise möchten Sie langfristige Vereinbarungen für diese Abnahmen, idealerweise von kreditwürdigen Vertragspartnern, und daher werden die Normen in diesem Bereich ein wichtiger Treiber dafür sein, wie sich der Sektor entwickelt.

Im Wesentlichen müssen Sie Wasserstoff auf vorhersehbare Weise aus guten Betriebsabläufen produzieren und einige Stabilität bei der Preisgestaltung für viele Jahre haben.

Wir erwarten, dass die meisten dieser Stabilität von staatlich unterstützten Subventions- oder Preisgewissheitsmechanismen kommen werden, wie dies in den ersten 20 Jahren der Entwicklung von erneuerbaren Energien der Fall war. Der zusätzliche Faktor ist, dass Sie viel für Strom ausgeben und die Optimierung der Kosten für diesen Strom sehr wichtig ist.

Im Verhältnis zu jedem €100 Umsatz, den Sie heute in einem Projekt generieren, geben Sie €65 für Strom aus. Sie müssen sicherstellen, dass Sie kein Basisrisiko zwischen diesen beiden haben. Sie sind entweder beide fest oder sie sind beide an den gleichen Index gebunden, und so müssen sie vertraglich vereinbart werden, um Ihnen ein sicheres Einkommen zu liefern.

Sie haben Konstruktionsrisiken bei Assets in der Entwicklungsphase, sowohl in Bezug auf Ihre geschätzten Kapitalausgaben (Capex) als auch darauf, wie Ihre tatsächlichen Capex im Vergleich dazu aussehen. Dies ist in Bezug auf die Vor-Ort-Aktivitäten relativ einfach umzusetzen, wo die Baukosten leicht ausser Kontrolle geraten können. Es ist jedoch noch nicht die ausgereifteste Lieferkette. Es handelt sich immer noch um eine recht frühe Branche, und es gibt daher einige Lieferrisiken bei der Errichtung dieser Projekte.

Wie hoch sind die Kosten für grünen Wasserstoff?

James Samworth sagte: Da es etwas schwierig ist, Wasserstoff effizient zu komprimieren und zu transportieren, ist es wirtschaftlich viel sinnvoller, eine Fabrik, z. B. über eine Pipeline, direkt zu versorgen, als ihn in einem komprimierten Hochdruckspeicher zu lagern, damit Lastwagen ihn herumfahren und an verschiedene Abnehmer liefern können.

Das wird anders, wenn Sie Brennstoffe wie E-Methanol herstellen, die leicht transportierbar sind und bereits heute weltweit transportiert werden.

Schauen wir uns einige Beispiele an. Die derzeitige Wirtschaftlichkeit von grünem Wasserstoff liegt bei etwa 8 Dollar pro Kilo, was wesentlich teurer ist als grauer Wasserstoff. Sieht man von den Kohlenstoffkosten ab, so werden diese Kosten erheblich sinken, wenn die Elektrolyseure von zehn Megawatt auf Hunderte von Megawatt ansteigen, ganz zu schweigen von den Projekten im Gigawattbereich, die für die frühen 2030er Jahre durch Grössenordnung und Technologieentwicklung entwickelt werden.

Die Meinungen darüber, wie schnell diese Kosten sinken werden und wo sie sich einpendeln, gehen auseinander, aber gängige Zahlen gehen von etwa 3 € pro Kilo bis zum Ende des Jahrzehnts aus. Das ist immer noch teurer als grauer Wasserstoff und wird wohl auch noch eine Weile so bleiben.

Schätzungen variieren darüber, welche Investitionen weltweit in erneuerbare Energien erforderlich sind, um bis 2050 netto null zu erreichen. Aber eine typische Zahl könnte etwas in der Grössenordnung von 10 Billionen US-Dollar bis 2050 betragen. Darüber hinaus werden wir etwas im Bereich von 5 bis 7 Billionen US-Dollar für Wasserstoff benötigen. Die Wasserstoffindustrie muss bis 2050 in etwa mit der Grösse der erneuerbaren Energien vergleichbar sein, um die Wirtschaft vollständig zu dekarbonisieren.

Wie sieht die Zukunft von Wasserstoff aus?

James Samworth: Die Branche muss in den nächsten zehn bis 15 Jahren einen sehr starken Aufschwung erleben. Es gibt viele Risiken, z. B. in Bezug auf die Technologie und das Ausmass, in dem Einnahmen und Kosten im Laufe der Zeit optimiert werden können. Es gibt auch regulatorische Risiken, z. B. in Bezug auf die Änderung von Normen, obwohl diese in Europa und im Vereinigten Königreich abnehmen, da die Normen allmählich verbindlich werden. Das grösste Risiko besteht wahrscheinlich in der Effizienz der Elektrolyseure.

Wie gross ist der Wasserstoffmarkt in Europa?

Karin Kaiser, Head of Private Markets Europe, Schroders Greencoat, sagte: Um bis 2050 netto null zu erreichen, konzentriert sich die Energieübergangsstrategie der EU auf einige Bereiche. Einer ist die Dekarbonisierung der Elektrizität, die Elektrifizierung von Wärme und die Elektrifizierung von Fahrzeugen. Eine grosse Rolle in der europäischen Strategie spielt die Einführung von Wasserstoff für schwer zu dekarbonisierende Sektoren.

Kurzfristig ist die Marktmöglichkeit begrenzter, aber wir glauben, dass in den nächsten Jahrzehnten die jährlichen Investitionen in Wasserstoff mit den jährlichen Investitionsgrössen von erneuerbaren Energien vergleichbar werden. Bis 2030 hat die EU das Ziel einer jährlichen Produktionskapazität von etwa 20 Millionen Tonnen. Wir schätzen, dass bis 2050 etwa 30% des heutigen Strombedarfs für die Produktion von Wasserstoff für die Elektrolyse benötigt werden. Das bedeutet, dass wir bis Mitte des Jahrhunderts eine Gesamtmarktmöglichkeit von etwa 2 Billionen US-Dollar haben, um sowohl die Elektrifizierungsziele als auch die Elektrolyseziele auszubauen.

Was ist Ihre Wasserstoffstrategie in Europa?

Karin Kaiser sagte: Was wir tun, ist, eine vollständige Exposition gegenüber dem Chancenspektrum des Energieübergangs zu schaffen. Wir kombinieren die Exposition gegenüber erneuerbaren Energien, die eine sehr etablierte Anlageklasse und eine sehr institutionelle Skala von Chancen darstellt, mit der Exposition gegenüber dem, was wir als benachbarte Technologien bezeichnen.

Wasserstoff bildet den grössten Teil dieser Untergruppe von benachbarten Technologien und der Grund, warum wir das tun, und was der Schlüssel dazu ist, ist, dass Elektrizität ein grosser Inputfaktor für Ihren Investitionsfall ist. Das bedeutet, dass Sie die Produktion und die Nutzung von Elektrizität kombinieren und dadurch Ihr Preisrisiko aus zwei Blickwinkeln verringern: 1) Sie schaffen die Gewissheit des Cashflows und das sichere Einkommen, das wir gerne liefern, und 2) Sie tun es mit zusätzlichen Diversifizierungsschichten.

Für unsere Wasserstoffstrategie in Europa sind drei Punkte wichtig: Wir arbeiten wirklich gerne über Partnerschaften, wir sind sehr aktiv in der Überwachung von Bau und Investitionsmanagement involviert (etwa die Hälfte unserer Mitarbeiter sind Ingenieure). Schliesslich nutzen wir gerne das, was wir am besten kennen, nämlich Strom erzeugende Anlagen im grossen Massstab.

Was bedeutet das in Bezug auf unsere tatsächliche Wasserstoffstrategie?

Von einem Produktstandpunkt aus konzentrieren wir uns sehr auf die lokale Produktion und den lokalen Verbrauch von Wasserstoff sowie E-Methanol. Dies sind wahrscheinlich die ausgereiftesten Produkte im Moment und werden voraussichtlich Infrastruktur-ähnliche Cashflows generieren.

Kurzfristig betrachtet sind wir in Bezug auf die Entwicklungsstufe nicht daran interessiert, grosse Entwicklungsrisiken einzugehen. Wir gehen in der späten Entwicklungs- und/oder Bauphase ein. Das sorgt für eine relativ schnelle Bereitstellung und einen relativ schnellen Beginn der sicheren Einkommensproduktion.

Von der Deal-Struktur her betrachten wir dies immer als eine Asset-basierte Strategie, d.h. wir wollen sowohl in Asset-Plattformen als auch in einzelne Assets investieren.

Was ist Ihr Initiativen-Pipeline in Europa?

Kristian Høeg Madsen, Co-Leiter Wasserstoff bei Schroders Greencoat, sagte:

Die meisten unserer Projekte zielen auf den Betrieb bis 2030 ab, aber wir sehen bereits, dass grosse Projekte in den Zeitplänen zurückgedrängt werden. Die grossen Mengen an Wasserstoffprojekten können nur zum Leben erweckt werden, wenn tatsächlich Ausrüstung produziert wird.

Wir gehen sicher davon aus, dass es in Zukunft einen erheblichen Engpass bei der Versorgung mit Elektrolyseuren geben wird. In Europa gibt es ein recht breites Spektrum an Elektrolyseur-Kapazitäten mit mehreren starken europäischen Erstausrüstern (OEM), insbesondere deutschen Anbietern, sowie britischen Herstellern.

Unsere europäische Pipeline von Wasserstoffprojekten ist um die wichtigsten Verbrauchs- und Produktionsgebiete herum aufgebaut. Insbesondere Spanien und Portugal sowie die Nordics gelten weithin als die Powerhouses für die Produktion in Zukunft, hauptsächlich getrieben von niedrigen Strompreisen und einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien.

Wir haben auch eine bedeutende Pipeline in Deutschland aufgebaut, das wirklich ein wichtiger Verbrauchshub nicht nur für Wasserstoff, sondern auch für viele seiner Derivate werden soll.

Insgesamt reichen die Produkte von reinen Wasserstoffprojekten bis hin zu mehr E-Kraftstoffen wie E-Methanol.

Alle Projekte sind auf die späte Entwicklungsphase und darüber hinaus ausgerichtet, was im Wesentlichen sicherstellt, dass es einen überschaubaren Zeitraum gibt, bis der tatsächliche Einsatz von Kapital erforderlich ist

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