HYPAT

Projekt

HYPAT - H2-POTENZIALATLAS

Nachhaltige Standorte in der Welt für die grüne Wasserstoffwirtschaft von morgen: technische, ökonomische und soziale Analysen zur Entwicklung eines nachhaltigen globalen Wasserstoffatlasses.

Grüner Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle bei der Transformation der Industrie, des Verkehrssektors und der Energiewirtschaft hin zu Nachhaltigkeit und Klimaneutralität. Deutschland wird einen Großteil des grünen Wasserstoffes samt Syntheseprodukte jedoch importieren müssen, da hierzulande erneuerbare Energiequellen nur begrenzt zur Verfügung stehen.

Das Projekt HYPAT entwickelt einen globalen Wasserstoff-Potenzialatlas und identifiziert dafür erstmals umfassend mögliche Partnerländer Deutschlands für eine kooperative Entwicklung einer zukünftigen grünen Wasserstoffwirtschaft inklusive der Bedeutung der Produktionsregionen für eine gesicherte, ökonomische und ökologisch nachhaltige Versorgung.

Dem Vorhaben liegen die Zielsetzungen der deutschen nationalen Wasserstoffstrategie (NWS), dem internationalen Übereinkommen zum Klimaschutz und den Sustainable Development Goals (SDG) zu Grunde. Neben der detaillierten Erhebung der weltweiten techno-ökonomischen Potenziale und Analyse der Wasserstoffketten, schließt die Analyse die symmetrischen Bedürfnisse der Partnerländer ein. Letztere umfassen die nachhaltige Deckung der eigenen Energienachfrage, das Erreichen eigener Klimaziele und das Einhalten spezifischer Nachhaltigkeitskriterien für die Wasserstoffwirtschaft in den Partnerländern. Weiterhin werden die Fähigkeiten der Länder, solche kapital- und technologieintensiven Anlagen zu errichten, analysiert. Ebenso werden die sich für diese Länder ergebenden Chancen erhoben sowie Akzeptanz- und Stakeholderanalysen durchgeführt.

Dem sich hieraus ergebenden Angebot an Wasserstoff- und Syntheseprodukten wird dann die weltweite Nachfrage der Importländer gegenübergestellt. Dabei wird Wert daraufgelegt zu analysieren, wie sich künftig Wasserstoffmärkte etablieren und welche Marktpreise von Wasserstoff künftig erwartet werden können.

Auf dieser Basis werden schließlich Politikempfehlungen für die Entwicklung einer nachhaltigen Importstrategie für Deutschland abgegeben.

HYPAT - H2-POTENZIALATLAS

Förderung

Das Projekt HYPAT- H2-POTENTIALATLAS - wird im Rahmen des Ideenwettbewerbs »Wasserstoffrepublik Deutschland« im Modul Grundlagenforschung Grüner Wasserstoff vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert. Die Projektlaufzeit läuft über einen Zeitraum von drei Jahren, März 2021 - Februar 2024.

Der Projektträger Jülich betreut das Projekt HYPAT im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF fachlich und administrativ.

BMBF
PTJ

Arbeitspakete

Arbeitspaket 0: Projektbeirat

Ziel des Arbeitspakets ist es, einen Beirat zu etablieren, der es den Projektpartnern ermöglicht, Ergebnisse mit relevanten Partnern aus Politik und Wirtschaft zu diskutieren und zu reflektieren. Gleichzeitig stellt der Beirat über die Einbindung relevanter Stakeholder sicher, dass zentrale Ergebnisse des Vorhabens von relevanten Akteuren in ihren Netzwerken geteilt und in der Praxis diskutiert werden.

Um die wissenschaftlichen Ergebnisse des Projektes möglichst praxisrelevant zu gestalten sowie mit den aktuellen Entwicklungen und Zielen der Unternehmenspraxis und des internationalen Politikgeschehens zu verbinden, wird das Projekt von einem Beirat begleitet. Der Beirat dient als Resonanzraum sowohl für die wissenschaftlichen Projektpartner als auch für die Akteure aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Mitglieder des Beirates werden neben den relevanten Bundesministerien, Vertreterinnen und Vertreter von Wirtschaftsverbänden und Unternehmen sowie ggf. Vertreter der Zivilgesellschaft sein. Im Beirat werden die aktuellen Aktivitäten und Ergebnisse aus dem Projektpartnerkreis vorgestellt, reflektiert und diskutiert. Die Expertinnen und Experten des Beirates geben zudem ihr Wissen und ihre Erfahrungen an die Projektpartner weiter und nehmen so eine wichtige Review-Funktion ein. Weiterhin ermöglicht der Beirat, die Herausforderungen und Ergebnisse des Projekts in die Netzwerke von Unternehmen und Politik zu tragen.

Arbeitspaket 1: Auswertung bestehender und laufender Arbeiten

Arbeitspaket 1 umfasst die Auswertung bestehender und laufender Arbeiten nationaler und internationaler Projekte zum Thema Potenzialatlanten. Eine systematische Ermittlung bisher vorliegender Erkenntnisse über Potenziale des Exports von grünem Wasserstoff und seinen Derivaten gewährleistet eine zielgerichtete Integration der aktuell vorhandenen Wissens- und Datenbasis.

Um das Themenfeld aus sehr unterschiedlichen Perspektiven zu beleuchten, bringen die einzelnen Projektpartner ihre jeweilige Expertise mit ein und recherchieren differenziert die für das Projekt relevanten Erkenntnisse jeweils entsprechend ihres Verantwortungsbereichs.

Um stets den gegenwärtigen Stand der Wissenschaft und Technik abzubilden, wird diese Wissens- und Datenbasis periodisch über die Projektlaufzeit hinweg überprüft und aktualisiert.

Darüber hinaus wird ein Netzwerk mit Akteuren größerer Vorhaben im Themenkomplex grüner Wasserstoff etabliert, um regelmäßig Erfahrungen auszutauschen und Synergien zwischen den Projekten zu nutzen.

Arbeitspaket 2: Methodische Grundlagen und Erstellung eines Analyserasters

In Arbeitspaket 2 werden die methodischen Grundlagen für die Analysen im weiteren Projektverlauf erarbeitet. Zuerst wird ein umfassendes Analyseraster zur Bewertung der Produktionsländer hinsichtlich ihrer Eignung als potentielle Exportländer entwickelt.

Die dem Analyseraster zu Grunde liegenden Indikatoren orientieren sich an den Global Development Goals und umfassen neben technischen Aspekten auch wirtschafts-, entwicklungs-, umweltpolitische, soziale und gesellschaftliche Zielsetzungen. Die Analyse erstreckt sich über die gesamte Wertschöpfungskette für die Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energien. Mittels des Analyserasters erfolgt eine Bewertung potentieller Exportländer unter Berücksichtigung multimodaler Perspektiven.

Im nächsten Schritt wird eine Methodik zur Abschätzung des Wasserstoffangebots für eine globale Wasserstoffwirtschaft auf Grundlage der im vorherigen Schritt ermittelten typischen Produktionsländer erstellt sowie der Rahmen für die Abschätzung der Nachfrage nach Wasserstoff erarbeitet. Auf dessen Basis wird ein Ansatz erstellt, um aus den Herstellkosten die Produktpreise zu ermitteln.

Auf Angebotsseite werden neben dem natürlich-technischen Erzeugungspotenzial auch wirtschafts- und sozialpolitische sowie strukturelle Restriktionen in die Betrachtung integriert. Auf der Nachfrageseite finden unterschiedliche Sektoren des jeweiligen Landes, wie die chemische Industrie, der Verkehrssektor sowie in geringem Umfang der Wärme-/Kältesektor und Stromsektor Eingang in die Entwicklung der Methodik. Die Ausarbeitung dieses Ansatzes ist Grundlage für die Ermittlung der globalen Angebotspotenzial- und Nachfragekurven in den weiteren Arbeiten.

Arbeitspaket 3: Angebotspotenziale von grünem Wasserstoff in den Produktionsländern

Arbeitspaket 3 (AP 3) dient der Ableitung einer globalen Angebotspotenzialkurve für grünen Wasserstoff. Diese Angebotspotenzialkurve gibt Aufschluss über globale Wasserstofferzeugungs- und -transportkosten und kann in politischen Entscheidungsprozessen für Handlungsempfehlungen herangezogen werden. Deren Bestimmung erfolgt im AP 3.3 (Koordination Fraunhofer ISI) durch eine globale Hochskalierung der länderbezogenen Ergebnisse aus den techno-ökonomischen (AP 3.1) sowie sozio-ökonomischen Bewertungen (AP 3.2).

Bei der techno-ökonomischen Bewertung wird eine Tiefenanalyse für eine in AP 2 bestimmte Länderauswahl durchgeführt. Im Rahmen dessen werden zunächst die länderspezifischen EE-Strom-Potenziale bestimmt. Nach Abzug der Eigenbedarfe werden die verbleibenden EE-Potenziale für die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse ermittelt. Durch Modellierung und Abzug der Wasserstoffbedarfe ergeben sich anschließend die Wasserstoffexportpotentiale. Die Analysen umfassen neben reinem Wasserstoff auch ausgewählte wasserstoffbasierte chemische Grundstoffe und Syntheseprodukte.

Im Rahmen der sozioökonomischen Analyse (Koordination DIE) wird zunächst ein internationaler Nachhaltigkeitsstandard einer Wasserstoffökonomie definiert. Um Potenziale und Förderbedarfe für den Aufbau von Wasserstoff-Wertschöpfungsketten ableiten zu können, werden deutsche und internationale Märkte modelliert sowie Auswirkungen von Anreizsystemen erfasst. Flankierend werden Aspekte der Akzeptanz beleuchtet, der Austausch mit relevanten Partnern der internationalen Zusammenarbeit einbezogen und eine Datenbank aufgebaut, für die Daten zu Politik, Regulierung und Qualitätsinfrastruktur erhoben werden.

Die Laufzeit des AP 3 beträgt zweieinhalb Jahre. Neben DIE, WWU, GIZ und IASS sind das Fraunhofer ISE, das Fraunhofer ISI sowie das Fraunhofer IEG an der Bearbeitung beteiligt.

Arbeitspaket 4: Globale Nachfrage nach grünem Wasserstoff und Syntheseprodukten

Im Fokus des Arbeitspaketes 4 steht die globale Nachfrage nach grünem Wasserstoff und Syntheseprodukten in Abhängigkeit von techno- und sozio-ökonomischen Faktoren. Es erfolgt eine Aufschlüsselung der erwartbaren Spannbreite der Nachfrage je Sektor in verschiedene Preissegmente.

Auf Basis vorliegender globaler Szenariostudien werden Ober- und Untergrenze der globalen Nachfrageentwicklung nach Wasserstoff und wasserstoffbasierten Energieträgern bis zum Jahr 250 erhoben. Da nicht nur wirtschaftliche Kenngrößen die produktionsseitige Wasserstoffnachfrage beeinflussen, erfolgt eine Erhebung weiterer mittel- und langfristiger Determinanten der Nachfrage für wichtige Sektoren in Deutschland sowie weiterer Schlüsselländer wie bspw. Umwelteigenschaften, Sicherheitsaspekte und Zahlungsbereitschaft.

Da zu erwarten ist, dass ein Teil der Importländer einen wesentlichen Anteil an Wasserstoff und Syntheseprodukten aus nationaler Erzeugung decken wird, werden Wasserstofferzeugungspotenziale der Importländer selbst ermittelt, um im späteren Verlauf der Arbeiten deren Bedarf am globalen Markt abzubilden.

Des Weiteren widmet sich die Untersuchung der Identifikation zentraler Herausforderungen für die Nutzung bestehender Potenziale aus Sicht politischer, zivilgesellschaftlicher und privatwirtschaftlicher Akteure. Akteurssysteme sowie Akzeptanzthemen auf Nachfrageseite werden analysiert, um Determinanten aufzuzeigen, die internationale Kooperationen vorantreiben oder blockieren können und die Art und Umfang der Nutzung von grünem Wasserstoff und Syntheseprodukten bestimmen. Im Ergebnis liefert Arbeitspaket 4 eine globale Nachfrageprojektion für Wasserstoff und Syntheseprodukte unter Berücksichtigung nationaler Potenziale sowie der Akteurs- und Akzeptanzperspektive.

Arbeitspaket 5: Zusammenführung bisheriger Ergebnisse

In Arbeitspaket 5 werden die Resultate der vorherigen Arbeitspakete konsolidiert. Zum einen erfolgt hier die Zusammenführung der Importnachfrage und des Produktionsangebotes. Zum anderen werden potenzielle Konflikte wie Nutzungskonkurrenzen bei Energieressourcen sowie Wechselwirkungen mit der lokalen Energiewende in den Produktionsländern gesamthaft aufgezeigt.

Entsprechend der Nationalen Wasserstoffstrategie gilt es sicherzustellen, dass lokale Märkte und die Energiewende in den Produktionsländern durch internationale Wasserstoffkooperationen unterstützt werden, um maximale Synergien zwischen einer internationalen Wasserstoffkooperation und der nationalen Energiewende anzustreben.

Berücksichtigt werden neben bisherigen Ergebnissen aus dem laufenden Projekt z.B. auch gesetzliche Rahmenbedingungen, existierende Energie- und Nachhaltigkeitskriterien oder die Qualität der Regierungsführung und des Ausbildungssystems.

Im Ergebnis werden für alle ausgewählten Partnerländer länderspezifische Profile hinsichtlich der Chancen und Risiken der nationalen Energiewende im Falle einer internationalen Wasserstoffkooperation dargestellt. Daraus werden Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen abgeleitet, die in Arbeitspaket 6 einfließen.

Arbeitspaket 6: Politikempfehlungen

Arbeitspaket 6 erarbeitet Empfehlungen für Politiken in Deutschland und der EU.

Dabei werden drei Perspektiven integrativ zusammengebracht: kosteneffiziente und gesicherte Importoptionen für grünen Wasserstoff, außenwirtschaftliche Chancen für deutsche und europäische Unternehmen sowie Beiträge zur nachhaltigen Entwicklung und Risiken für potenzielle Produktionsländer.

Folgende Politikbausteine werden beschrieben und in einer Roadmap mit den zwei wesentlichen Zeithorizonten 2030 und 2050 dargestellt.

(I) Empfehlungen zur Finanzierung und Incentivierung des Aufbaus von Produktions- und Transportinfrastrukturen in Deutschland und in der EU

(II) Empfehlungen zu Governancestrukturen

(III) Entwicklung von Vorschlägen zu internationalen Nachhaltigkeitsstandards für eine Erzeugung von grünem Wasserstoff

(IV) Importstrategien von grünem Wasserstoff für Deutschland und die EU:

(V) Aufbau von Kompetenzen

Auf übergeordnete Synergien und Trade-offs zwischen diesen Ebenen wird besonders hingewiesen und es werden Möglichkeiten der Reduktion von Trade-offs beschrieben. Hinsichtlich der zeitlichen Perspektive (2030 vs. 2050) werden verschiedene Pfade und Risiken von Lock-in-Effekten diskutiert.