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Der Sprit von morgen: Grüner Wasserstoff

Die Klimakrise beschleunigt die technologische Entwicklung. Immer mehr Investitionen fliessen in Wasserstoffprojekte,
die auf erneuerbare Energien setzen. Die Aktienkurse der beteiligten Unternehmen schiessen in die Höhe.

Sollte es dieses Mal tatsächlich klappen? Der seit den 1970er- Jahren oft als Alternative zu Erdöl und anderen fossilen Energieträgern gepriesene Wasserstoff – eigentlich Dihydrogen (H2) – scheint endlich nicht mehr aufzuhalten zu sein. Anfang Juni hat die deutsche Bundesregierung ein neun Mrd. Euro schweres Konjunkturpaket geschnürt, um den Aufbau der Wasserstoffindustrie auf den Weg zu bringen. Einen Monat später gab auch die EU-Kommission in Brüssel ein Wasserstoffprogramm bekannt, das bis 2050 Investitionen in Höhe von 180 bis 470 Mrd. Euro vorsieht.

«Die Ankündigung des deutschen Programms hat einen regelrechten Hype in der Branche ausgelöst», sagt Xavier Regnard, Analyst bei der Investmentbank Bryan, Garnier & Co. In der Folge sind die Aktienkurse der betreffenden Unternehmen in die Höhe geschossen. Seit Beginn des Jahres 2020 ist die Aktie der US-Firma Nikola beispielsweise um mehr als 270 Prozent gestiegen. In Europa erlebten die Unternehmen Ceres Power, ITM Power und McPhy Energy einen Kurssprung von 100 Prozent, 265 Prozent bzw. 540 Prozent. Keine dieser Firmen verdient bisher Geld, aber alle sind im Bereich Wasserstofftechnologien aktiv – und genau dafür interessieren sich immer mehr staatliche Stellen, Energieversorger, Industrieunternehmen und natürlich Investoren.

Es ist nicht das erste Mal, dass Wasserstoff auf den Märkten hoch gehandelt wird, wie die Bank UBS in einem Bericht vom 22. Juni erinnert. Bereits im Jahr 2000 stieg der Index für die Unternehmen des Sektors um das Sechsfache, bevor die Blase dann mitten im Höhenflug platzte. «Seit Jahrzehnten weckt Wasserstoff grosse Hoffnungen, von denen sich jedoch nur wenige erfüllt haben», so die Analysten der UBS. Entsteht gerade eine neue Wasserstoffblase? «Das glaube ich nicht», antwortet Xavier Regnard, Analyst bei Bryan, Garnier & Co. «Die Branche hat seit Jahresbeginn zwar eine unglaubliche Kursentwicklung hingelegt, das ist aber nicht realitätsfern. Die Nachfrage ist da, es gibt echte Projekte und echte Perspektiven. Die Technologien reifen allmählich heran, und angesichts der drängenden Klimakrise wird es notwendig werden, sich dem grünen Wasserstoff zuzuwenden. Bei den ersten Börsenwellen hat der Sektor seine Versprechen nicht gehalten und die Investoren enttäuscht. Diesmal dagegen scheint es zu klappen.»

Auf dem Papier verspricht das farbund geruchlose Gas viel und scheint die derzeitigen ökologischen Anforderungen perfekt zu erfüllen. Denn durch die Elektrolyse von Wasser kann ein Wassermolekül einfach durch Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden: «Wenn es sich beim verwendeten Strom um Ökostrom handelt und sich eine Wasserquelle in der Nähe befindet, kann man praktisch überall auf dem Planeten nach Bedarf und absolut sauber Wasserstoff produzieren», so Daniel Hissel, Gewinner der CNRSInnovationsmedaille 2020. So erzeugt das von Alpiq betriebene Wasserkraftwerk in Gösgen an der Aare seit Februar 2020 zu 100 Prozent grünen Wasserstoff.

Das produzierte Gas kann in grossen Mengen gespeichert, per Pipeline oder flüssig mit Schiffen oder Lkw befördert werden. Es kann ausserdem in Elektrizität und Methan umgewandelt werden, um Häuser oder Industriebetriebe zu versorgen, oder in Kraftstoff für Autos, Lkws, Schiffe und Flugzeuge. «Genau wie Erdöl ist Wasserstoff einfach zu lagern und zu transportieren», sagt Thierry Lepercq, Autor des Buchs «Hydrogène, le nouveau pétrole» (übersetzt: Wasserstoff, das neue Öl) und Gründer des Unternehmens SolaireDirect. «Es kann die fossilen Energien in allen Bereichen – Transport, Industrie, Energie – effizient ersetzen. Lange Zeit hat man Wasserstoff auf den Automobilsektor beschränkt, dabei gibt es Einsatzmöglichkeiten in allen Industrien.

 

«Wasserstoff kann fossile Energien in allen Bereichen effizient ersetzen»

Thierry Lepercq,, des Buchs «Hydrogène, le nouveau pétrole»

 

Der Markt ist phänomenal.» Bis 2050 könnte er 1’000 Mrd. Dollar schwer sein, schätzt die Bank HSBC, und die Unternehmensberatung McKinsey spricht sogar von 2’500 Mrd. Dollar – und die Prognosen stammen aus der Zeit vor der Lancierung der deutschen und europäischen Investitionsprogramme.

VON SCHWARZ ZU GRÜN

Im Jahr 2018 – neuere Zahlen sind noch nicht verfügbar – lag der Wasserstoffmarkt mit einer jährlichen Produktion von 74 Millionen Tonnen bei 130 Mrd. Dollar. Die Energiequelle wurde vorwiegend in der Düngemittelproduktion und der Raffinerie von Erdölprodukten eingesetzt. Mehr als 95 Prozent des gegenwärtig hergestellten Wasserstoffs werden allerdings aus Kohlenwasserstoffen (Erdöl, Erdgas oder Kohle) gewonnen. Ein schmutziges Verfahren, bei dem nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) so viel CO2 ausgestossen wird wie von Grossbritannien und Indonesien zusammen. Ein grauer bzw. schwarzer Wasserstoff also, der ganz und gar nicht zur aktuellen Klimadiskussion passt.

Um zur angekündigten Energie der Zukunft zu avancieren, muss Wasserstoff also grüner werden. «Die Technologien für sauberen Wasserstoff gibt es bereits. Sie sind allerdings immer noch teurer als die Produktion auf Basis von Kohlenwasserstoffen», erklärt Thierry Lepercq. «Die Herausforderung besteht jetzt darin, grünen Wasserstoff zu einem wettbewerbsfähigen Preis zu produzieren.» 2018 kostete es zwischen drei und 7,5 Dollar, ein Kilogramm grünen Wasserstoff per Elektrolyse herzustellen, also etwa zwei bis drei Mal so viel, wie laut IAE für die Gewinnung aus Erdgas (grauer Wasserstoff) anzusetzen ist.  

«Die reine Rentabilität ist kein guter Indikator», wiegelt Daniel Hissel ab. «Wenn man nur auf den Kraftstoffpreis achtet, verliert man den gesellschaftlichen Gesamtvorteil, ohne fossile Energien auszukommen, aus dem Blick.» Thierry Lepercq sieht das anders: «Im Rohstoffbereich muss der Preis stimmen. Wenn Sie Subventionen brauchen, sind Sie nicht Teil des Markts und bekommen nur Krümel ab. Ein guter Preis für Wasserstoff ist ein Dollar pro Kilo. Alles darüber ist dem Öl gegenüber nicht wettbewerbsfähig.»

Noch vor wenigen Jahren schien ein solches Ziel völlig utopisch zu sein. Doch der Wind hat sich gedreht. Im Juni 2019 befürwortete die IEA in einem wichtigen Bericht mit dem unscheinbaren Titel «The future of Hydrogen» zum ersten Mal die Nutzung des Gases. «Wasserstoff erfreut sich derzeit eines beispiellosen Aufschwungs. Die Welt darf sich die einmalige Chance nicht entgehen lassen, das Potenzial des Gases für eine saubere und sichere energiewirtschaftliche Zukunft zu nutzen», schreibt Fatih Birol, Exekutivdirektor der IEA im Vorwort. Der Grund für den Sinneswandel? Die Kosten für die Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen sinken schneller als gedacht, und die IEA geht davon aus, dass die Nutzung ab 2030 wettbewerbsfähig sein wird. «Tatsächlich wird das sehr viel früher passieren», meint Thierry Lepercq. «In fünf Jahren dürften wir bei einem Dollar pro Kilo liegen.

 

«Deutschland wird eine Vorreiterrolle einnehmen, wie vor 20 Jahren bei den erneuerbaren Energien»

Peter Altmaier, Bundeswirtschaftsminister

 

Mehrere Hersteller kündigen einen Preis von 1,5 Dollar ab Ende 2020 an.» Der Preissturz hat zweierlei Gründe. Zum einen benötigt man zur Produktion von grünem Wasserstoff günstigen und absolut sauberen Strom, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Zwischen 2009 und 2019 sanken die Kosten für Solarstrom um das Neunfache auf 40 Dollar pro Megawattstunde und die für Strom aus Windenergie von 135 auf 41 Dollar pro Megawattstunde, wie eine Ende 2019 veröffentlichte Studie der Bank Lazard ergeben hat. «Und in den nächsten Jahren werden die Preise weiter fallen. 2025 wird Solarstrom nur noch zehn Dollar pro Megawattstunde kosten, was automatisch auch den Preis für grünen Wasserstoff senken wird», prognostiziert Thierry Lepercq.

Zum anderen entwickeln sich auch die Elektrolyseapparate weiter, die Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff umwandeln. «In den letzten Jahren ist der Sektor von kleinen Piloteinheiten, also Demo-Anlagen von maximal einem Megawatt, auf richtige Industrieprojekte mit zehn, 20 und teilweise sogar mehreren Hundert Megawatt umgestiegen», berichtet Analyst Xavier Regnard von der Investmentbank Bryan, Garnier & Co. «Dieser Quantensprung wird zu einer Industrialisierung der Branche und zu Preissenkungen führen.»

Im Hafen von Rotterdam zum Beispiel planen die Gesellschaften BP und Nouryon den Bau einer 250-Megawatt- Elektrolyseanlage. 2025 dürfte das Projekt fertiggestellt sein. Natürlich wird die Industrialisierung der Branche von den Investitionsplänen der Regierungen erleichtert. So plant Deutschland, bis zum Jahr 2030 fünf Gigawatt (5’000 Megawatt) grünen Wasserstoff und bis 2040 sogar zehn Gigawatt herzustellen. «Wir stellen die Weichen dafür, dass Deutschland bei Wasserstofftechnologien die Nummer eins in der Welt wird», sagte Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier. «Dabei wird Deutschland eine Vorreiterrolle einnehmen, wie wir es vor 20 Jahren bereits mit der Förderung der erneuerbaren Energien getan haben.» Die EU-Kommission hat sich ihrerseits sechs Gigawatt bis 2024 und 40 Gigawatt bis 2030 zum Ziel gesetzt.

«Wasserstoff ist keine Modeerscheinung », sagt auch Hubert Girault, Professor für physische und analytische Elektrochemie an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL). «Man muss sich nur ansehen, was in China passiert: Vor zwei bis drei Jahren hat die Regierung dem Energieträger ihre Unterstützung zugesagt. Und wenn Peking eine Branche unterstützt, dauert es nicht lange, bis das Land zum weltweiten Marktführer aufsteigt. Das hat man schon bei den Lithium-Ionen-Batterien oder den Solaranlagen gesehen.»

Seit 2017 fährt auch Japan eine Wasserstoffstrategie. Sie wurde 2019 von Südkorea kopiert. Mischkonzerne wie Hyundai, Kawasaki oder Toyota investieren seit Jahren in Wasserstoffprojekte und haben Lösungen entwickelt, die bereits auf dem Markt erhältlich sind. Angesichts der Tatsache, dass grüner Wasserstoff zur Norm werden könnte, reagieren auch die alteingesessenen Akteure – für die grauer Wasserstoff normal ist. 2019 beteiligte sich Air Liquide mit 18,6 Prozent an der kanadischen Hydrogenics Corporation, einem Unternehmen, das auf Brennstoffzellen und Elektrolyseanlagen zur Wasserstoffproduktion spezialisiert ist. Der deutsche Linde-Konzern stieg, ebenfalls 2019, beim britischen Elektrolyseapparathersteller ITM Power ein. Selbst Mineralölkonzerne wie BP, Total und Shell beschäftigen sich mit dem Thema und haben eigene Tochterfirmen gegründet. «Dass Branchenschwergewichte wie Linde und Air Liquide Position beziehen, ist ein gutes Signal», urteilt Xavier Regnard. «Es zeigt, dass auch sie an das Potenzial des grünen Wasserstoffs glauben.»

Bis 2050 könnte Wasserstoff 18 bis 20 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs decken. Wie ist das möglich? Das Gas kann in sehr vielen Bereichen eingesetzt werden – und das ganz ohne CO2-Emissionen.

DIE VERSCHIEDENEN WASSERSTOFFQUELLEN

In natürlicher Form kommt Dihydrogen ausser am Meeresgrund in Zonen zwischen tektonischen Platten auf der Erde praktisch nicht vor. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen wie Erdöl muss es also hergestellt werden – die Gewinnung aus dem Boden inmitten des Ozeans wäre wirtschaftlich nicht rentabel. Es gibt mehrere Herstellungsverfahren, aber nicht alle sind umweltfreundlich.

SCHWARZER WASSERSTOFF
Der Wasserstoff wird durch die sogenannte Karbonisierung aus Stein- oder Braunkohle gewonnen. Es handelt sich um das umweltschädlichste Verfahren, das heute zum Glück nur noch selten zum Einsatz kommt. Der produzierte Wasserstoff kostet zwischen einem und zwei Dollar pro Kilogramm.

GRAUER WASSERSTOFF
Wasserstoff lässt sich auch durch eine chemische Reaktion namens Dampfreformierung aus Erdgas gewinnen. Aufgrund der niedrigen Kosten von einem bis drei Dollar pro Kilogramm ist es das heute gängigste Produktionsverfahren, es stösst allerdings eine grosse Menge CO2 aus.

BLAUER WASSERSTOFF
Bei diesem Verfahren wird Wasserstoff wie beim grauen Wasserstoff mittels Dampfreformierung gewonnen. Das bei der Produktion entstandene CO2 wird hierbei aber von Filtern aufgefangen und anschliessend wiederverwendet oder gespeichert und nicht in die Atmosphäre abgegeben. Blauer Wasserstoff kostet zwischen 1,5 und drei Dollar pro Kilogramm.

GRÜNER WASSERSTOFF
Wasserstoff lässt sich auch durch Elektrolyse aus Wasser gewinnen. Dabei werden Wassermoleküle (H2O) mittels Ökostrom – aus Solar-, Wind- oder Wasserkraft – in Dihydrogen (H2) und Sauerstoff (O) aufgespalten. Das Verfahren hat den Vorteil, dass keinerlei Treibhausgase ausgestossen werden, es ist aber mit Kosten von drei bis 7,5 Dollar pro Kilogramm noch teuer.

 
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