Standorte für die Erzeugung von grünem Wasserstoff finden Potenzialatlas für Elektrolyseure

Stadtwerke, Netzbetreiber und Projektentwickler können künftig potenzielle Standorte für Elektrolyseure in Deutschland ermitteln. Möglich macht das der im Mai veröffentlichte Wasserstoff-Potenzialatlas des Forschungsprojekts „Powerd“. Der Atlas zeigt, wo Wasserstoff erzeugt und von welchen Branchen er sinnvoll genutzt werden kann. Auch die Koppelprodukte Abwärme und Sauerstoff fließen in die Analyse ein. Nutzerinnen und Nutzer können zwischen einer betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Betrachtungsweise wählen.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat das Online-Werkzeug gemeinsam mit Partnern aus Forschung, Wirtschaft und Verbänden entwickelt. Die Plattform stellt geografisch aufgelöste Daten bereit, die eine fundierte Standortentscheidung ermöglichen – von der Industrieanwendung über den kommunalen Nahverkehr bis hin zur Einspeisung in Wärmenetze. Weitere Informationen und der Atlas selbst sind online abrufbar unter: www.h2-powerd.de.

Energieträger der Zukunft

Der Anteil erneuerbarer Energien an der öffentlichen Stromerzeugung in Deutschland hat 2024 knapp 63 % erreicht – ein neuer Rekord. Mit dem wachsenden Ökostromangebot steigt die Bedeutung einer weiteren Säule im Energiesystem: der Speicherung. Sie bringt erneuerbaren Strom in Einklang mit dem Verbrauch. Besonders der chemische Energieträger Wasserstoff bietet hier große Vorteile. Er lässt sich flexibel erzeugen und nutzen, stabilisiert das Stromnetz und ermöglicht, wesentliche Anteile erneuerbarer Energien auch in die Sektoren Mobilität, Wärme und Industrie zu übertragen. Darüber hinaus verringert er die Abhängigkeit von Importen – ein Gewinn an Versorgungssicherheit für Wirtschaft und Gesellschaft.

Zentrale Technologie ist die Elektrolyse. Dabei wird mit Strom aus erneuerbaren Quellen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Um die Energiewende voranzubringen, will die EU bis 2030 Elektrolysekapazitäten von mindestens 40 GW installieren. Dafür müssen an den Knotenpunkten der Energieinfrastruktur in den kommenden Jahren zahlreiche Elektrolyseure entstehen.

Methodik der Standortermittlung für Elektrolyseure

Die zentrale Frage lautet: An welchen Standorten lassen sich Elektrolyseure besonders effizient und wirtschaftlich betreiben? Der Potenzialatlas analysiert bundesweit mögliche Flächen und bewertet sie nach klaren Kriterien. Dazu gehören der regionale Wasserstoffbedarf, die Verfügbarkeit und Potenziale erneuerbarer Energien, die Netzdienlichkeit die Infrastrukturanbindung sowie die Nutzungsmöglichkeiten der Koppelprodukte Wärme und Sauerstoff. Auch wirtschaftliche Kennzahlen wie die Kosten der Wasserstofferzeugung (Gestehungskosten) fließen in die Bewertung ein. Auf dieser Basis hat das Projekt Powerd mit einer geo-techno-ökonomischen Optimierung vielversprechende Standorte ermittelt. Im Potenzialatlas gibt es für Nutzende zwei Möglichkeiten, einen Standort zu ermitteln:

1. Betrachtungsweise "Potenzial"
Sie ermittelt Elektrolysestandorte anhand der potenziellen Wasserstoffabnehmer und der Verfügbarkeit von Flächen für erneuerbare Energien. Dieser Ansatz stellt eine eher betriebswirtschaftliche und keine energiesystemische Betrachtung dar. Zusätzlich werden die Koppelproduktnutzung, Sauerstoff und Abwärme sowie die Nähe zum Wasserstoffkernnetz oder der Transport per Trailer in die Analyse integriert.

2.  Betrachtungsweise "Energiesystemoptimum"
Diese Betrachtungsweise verfolgt einen volkswirtschaftlichen Ansatz. Sie optimiert die Sektorenkopplung (Strom, Wärme, Gas, Mobilität) mit dem Ziel minimaler Systemkosten. Dabei werden Netzstruktur, Flexibilitäten und auch Importe von Strom und Wasserstoff aus angrenzenden Ländern berücksichtigt. Die Betrachtungsweise Potenzial geht dagegen von einer vollständigen inländischen Erzeugung ohne Importe aus.

Bei der Standortermittlung werden die Jahre 2025, 2030, 2035 (Stützjahre) sowie 2045 als finaler Zeithorizont betrachtet. Neben dem Basisszenario ("H2-Basis") gibt es die Varianten "H2-Arm" und "H2-Reich". Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich Wasserstoffpotenziale auf das Basisszenario im Jahr 2045. In den Stützzahlen liegt der Bedarf meist unter dem Potenzial, erst 2045 gleichen sich beide vollständig an.

Norddeutschland bei Standortsuche im Vorteil

Ein Ergebnis der Untersuchung: Elektrolyseure sind in Deutschland nicht nur an der Küste attraktiv. Der Atlas zeigt, dass Elektrolyseure überall im Land gut verteilt werden können, was aufgrund der hohen Transportkosten von Wasserstoff (wenn per Trailer transportiert) vorteilhaft ist. Grundsätzlich gilt: Ein ausgewogener Mix aus Wind- und Solarstrom führt zu günstigen Wasserstoffgestehungskosten. Im Norden Deutschlands ist der Anteil an Windstrom höher, dort gibt es besonders geeignete Standorte.

Die Verwertung von Koppelprodukten wie Abwärme und Sauerstoff entscheidet nicht hauptsächlich über die Standortwahl, bietet jedoch oft die Möglichkeit, die Wasserstoffgestehungskosten zu senken. Dagegen spielt das künftige deutsche Wasserstoffkernnetz (Pipelines) eine zentrale Rolle bei der Standortbewertung. Ideal sind Elektrolysestandorte häufig auf Arealen ehemaliger fossiler Kraftwerke oder Industrieparks, die über eine gut ausgebaute Infrastruktur verfügen. Die Areale haben unter anderem eine gute Anschlussleistung und befinden sich oft in der Nähe des geplanten Wasserstoffkernnetzes. Das senkt die Kosten für die Erschließung.

Vielversprechende Anwendungen

Es gibt vier zentrale Anwendungsfälle für Stadtwerke, Energieversorger und Projektierer.

1. Wasserstoff für die Industrie
Ein zentrales Einsatzfeld für Elektrolyseure ist die Produktion von grünem Wasserstoff für die industrielle Produktion – insbesondere in energieintensiven Branchen: Stahl, Chemie und Raffinerien. Der Potenzialatlas erlaubt eine räumlich differenzierte Bewertung von Standorten, an denen industrielle Nachfrage mit guter Infrastruktur und der Verfügbarkeit erneuerbarer Energien zusammentrifft. Besonders bedeutend sind Standorte in der Nähe bestehender Industrieparks oder Hafenareale, wo große Energiebedarfe, Wasserzugang, Netzkapazitäten und Logistikverbindungen bereits vorhanden sind. Netzbetreiber können hier den Wasserstoff in ihre Netze einspeisen oder sogar Elektrolyseure selbst betreiben.

2.  Wasserstoff für den ÖPNV
Ein besonders relevantes Geschäftsfeld für Stadtwerke ergibt sich im öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV). Der Potenzialatlas zeigt, dass hier ein großflächiges Absatzpotenzial für grünen Wasserstoff besteht – vor allem durch den Einsatz von Brennstoffzellenbussen in städtischen und regionalen Verkehrsbetrieben. Der Atlas hilft auch Kommunen, wirtschaftlich sinnvolle Standorte für Elektrolyseure zu finden – unter Einbezug von Stromangebot, Infrastruktur und Nachfrage.

3.  Sauerstoff für Kläranlagen
Ein weniger beachtetes, aber effizientes Einsatzfeld für Elektrolyseure liegt in der Kopplung mit kommunalen Kläranlagen. Bei der Elektrolyse entsteht neben Wasserstoff und Abwärme auch Sauerstoff, der sich als Koppelprodukt direkt im Kläranlagenprozess zur Steigerung der Reinigungsleistung nutzen lässt. Der Potenzialatlas weist Standorte aus, an denen dies möglich ist – der räumliche Bezug zu Kläranlagen bietet daher Vorteile bei der Standortwahl.

4.  Abwärme für kommunale Wärmenetze
Die bei der Elektrolyse anfallende Abwärme kann in vielen Kommunen wertvoll in bestehende oder geplante Wärmenetze eingespeist werden – insbesondere dort, wo bislang fossile Brennstoffe eingesetzt werden. Für Betreiber der Elektrolyseure ist das ein potenzielles Geschäftsfeld. Sie können die Abwärme an die Wärmenetzbetreiber vor Ort verkaufen. Der Potenzialatlas weist gute Standorte aus: Besonders vorteilhaft sind Ballungsräume, in denen bereits Wärmenetze bestehen oder ein Ausbau vorgesehen ist, etwa im Rahmen kommunaler Wärmeplanung.

Die Karte zeigt auch potenzielle Standorte im Stromnetz für die Anbindung von system- und netzdienlichen Elektrolyseuren auf. So können Netzbetreiber Redispatchmaßnahmen vermeiden: Bei Netzüberlastungssituationen können Elektrolyseure helfen, indem sie den Strom in langfristig speicherbaren Wasserstoff wandeln.

Verlässliche Grundlage für die Planung

Der Wasserstoff-Potenzialatlas ist nicht nur ein Kartenwerk. Er bietet darüber hinaus eine fundierte, wissenschaftlich abgesicherte Orientierung für die Standortwahl und unterstützt die Planung, Bewertung und Umsetzung neuer Wasserstoffprojekte. Stadtwerke, Netzbetreiber und Projektentwickler können damit ihre Wasserstoffstrategien auf belastbare Daten stützen – zugeschnitten auf regionale Potenziale und vorhandene Infrastrukturen. Die besondere Stärke liegt in der Systemperspektive: Der Atlas verknüpft Erzeugung, Transport, Nutzung und Infrastruktur zu einem Gesamtbild, das Entscheidungsträgern Klarheit verschafft.