Förderprogramme für klimafreundlichen Wasserstoff koppeln die Unterstützung häufig an die CO₂-Intensität der Produktion. Entscheidend ist deshalb, wie diese Intensität berechnet wird.

Unsere aktuelle Studie untersucht am Beispiel des US-amerikanischen Inflation Reduction Act, wie unterschiedliche Bilanzierungsregeln die Investitions- und Betriebsentscheidungen von Power-to-Gas-Anlagen beeinflussen. Das US-Programm gewährt eine Steuergutschrift von bis zu drei US-Dollar je Kilogramm Wasserstoff, deren Höhe von der ausgewiesenen CO₂-Intensität abhängt.

Vier Regeln, ein Investor

Elektrolytischer Wasserstoff entsteht, wenn Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Seine CO₂-Intensität hängt deshalb vor allem vom eingesetzten Strom ab.

Für die Bilanzierung ist unter anderem entscheidend, ob erneuerbare Stromerzeugung und Wasserstoffproduktion stündlich oder nur über ein ganzes Jahr abgeglichen werden, ob der Strom aus derselben Region stammt und ob dafür zusätzliche erneuerbare Kapazitäten entstehen müssen.

Unsere Studie modelliert die Entscheidungen eines gewinnorientierten Investors unter vier Bilanzierungsregeln. Die Regeln unterscheiden sich insbesondere beim zeitlichen Abgleich und bei der Frage, ob der angerechnete erneuerbare Strom aus zusätzlichen Anlagen stammen muss.

Anders als viele Energiesystemanalysen betrachtet die Studie die Perspektive eines Investors und untersucht, wie die Regeln die Dimensionierung und den stündlichen Betrieb einer Anlage verändern.

Das Modell ist auf Referenzanlagen in den USA kalibriert und untersucht sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch die CO₂-Intensität des erzeugten Wasserstoffs über den Lebenszyklus der Anlagen. Zusätzliche Berechnungen prüfen die Robustheit der Ergebnisse bei anderen Strompreisen, Netzemissionen, Technologiekosten und Standorten in mehreren US-Bundesstaaten.

Auch strenge Regeln liefern Investitionsanreize

Entgegen häufig geäußerter Bedenken zeigen die Ergebnisse, dass strengere Regeln mit stündlichem Abgleich Investitionen nicht grundsätzlich unattraktiv machen. Unter den modellierten US-Bedingungen ergeben sich bei Wasserstoffpreisen zwischen 1 und 3,5 US-Dollar je Kilogramm geschätzte interne Renditen von 8 bis 15 Prozent. Damit bleiben Investitionen trotz der strengeren Anforderungen wirtschaftlich attraktiv.

Der Wasserstoff ist jedoch nicht automatisch emissionsarm. Mit steigenden Wasserstoffpreisen wird es für Betreiber attraktiver, zusätzlich Strom aus dem allgemeinen Netz einzusetzen und die Anlage stärker auszulasten. Die durchschnittliche CO₂-Intensität kann dadurch in die Nähe von blauem Wasserstoff aus Erdgas mit CO₂-Abscheidung rücken.

Bei weniger strengen Regeln mit jährlichem Abgleich steigen die geschätzten Renditen auf bis zu 23 Prozent und liegen damit über marktüblichen Renditen erneuerbarer Energieanlagen. Gleichzeitig kann die CO₂-Intensität Werte erreichen, die mit grauem Wasserstoff aus fossilen Energieträgern vergleichbar sind. Höhere Investitionsanreize gehen in diesen Fällen somit mit deutlich höheren Emissionen einher.

Dieser Zusammenhang entsteht durch die Reaktion der Betreiber auf Preise und Förderung. Steigt der Wert des produzierten Wasserstoffs, lohnt sich die Nutzung zusätzlichen Netzstroms häufiger. Bei stündlicher Bewertung können Betreiber in einzelnen Stunden sogar auf die Steuergutschrift verzichten, wenn zusätzliche Produktion aus Netzstrom profitabler ist.

Die Bilanzierungsregel bestimmt, in welchem Umfang dieser Strom mit erneuerbarer Erzeugung verrechnet werden kann und welche Produktion Anspruch auf Förderung hat. Die Ausgestaltung der Regel beeinflusst damit sowohl die Investition als auch den späteren Betrieb.

Was die Ergebnisse für Deutschland und Europa bedeuten

Für erneuerbaren Wasserstoff verlangt die Europäische Union derzeit bis Ende 2029 grundsätzlich einen monatlichen Abgleich von erneuerbarer Stromerzeugung und Wasserstoffproduktion. Ab 2030 soll der Abgleich stündlich erfolgen. Industrieverbände fordern, diesen Übergang zu verschieben, um die Wirtschaftlichkeit der Projekte zu verbessern.

Die Ergebnisse der Studie zeigen den damit verbundenen Zielkonflikt: Lockerere Regeln können die erwartete Rendite erhöhen, zugleich aber die Emissionen deutlich steigern. Zeitlich genauere Regeln begrenzen vor allem, in welchem Umfang Netzstrom aus erneuerbarer Erzeugung in anderen Stunden bilanziell ausgeglichen werden kann.

Für Deutschland ist dies besonders relevant, weil Wasserstoff künftig sowohl im Inland produziert als auch in größerem Umfang importiert werden soll. Deutschland baut dafür Partnerschaften und Importkooperationen auf, unter anderem mit Kanada, Australien und Ländern Nordafrikas.

Vergleichbare CO₂-Kennzahlen sind notwendig, damit heimische und ausländische Produzenten nach denselben Maßstäben bewertet werden. Dabei sollte nicht nur entscheidend sein, ob Wasserstoff formal eine Fördergrenze einhält. Maßgeblich sollte sein, welche Emissionen während des Betriebs und über den gesamten Lebenszyklus entstehen.

Der Mechanismus ist grundsätzlich auch auf andere flexible Stromabnehmer übertragbar. Zeitlich präzisere Bilanzierungsregeln können Anreize schaffen, den Verbrauch in Stunden mit hoher erneuerbarer Erzeugung und niedriger CO₂-Intensität zu verlagern. Eine solche Lastverschiebung kann die Integration erneuerbarer Energien erleichtern und die gesamtwirtschaftlichen Kosten der Dekarbonisierung senken.

Die Studie spricht sich deshalb gegen eine pauschale Gegenüberstellung von strengen Regeln und ausreichenden Investitionsanreizen aus. Unter den betrachteten Bedingungen schließen sich beide nicht aus. Ein Lockern der Regeln zur Berechnung der CO₂-Intensität kann zwar zu höheren Renditen führen, ist jedoch mit höheren Emissionen verbunden. Das kann die Klimawirkung der eingesetzten Fördermittel erheblich mindern.

Bilanzierungsregeln sollten daher nicht allein danach beurteilt werden, wie viel Wasserstoff sie mobilisieren. Entscheidend ist, welche Investitions- und Betriebsentscheidungen sie auslösen und wie emissionsarm der geförderte Wasserstoff tatsächlich ist.

Die gleiche Gestaltungsfrage stellt sich über Wasserstoff hinaus, etwa wenn Unternehmen die Emissionen ihres Stromeinkaufs bilanzieren oder die EU den CO₂-Gehalt von Importen bewertet. Erst die gemeinsame Betrachtung von finanzieller und ökologischer Wirkung zeigt, ob ein Förderprogramm zur industriellen Dekarbonisierung beiträgt.

Weitere Beiträge zum Thema auf unserem Blog:

Wasserstoff für die energieintensive Industrie: Keine Frage der Technologie, sondern der Wirtschaftlichkeit von Felix Zimmermann, Timo Stöhr, Nils Maisel, Fraunhofer IAO

Wasserstoff aus der Erde: Gamechanger für die Energiewende? von Miriam Straubinger und Dr. Berit Erlach, ESYS

Wasserstoff: Welche Rolle seine Emissionen für eine klimaneutrale Industrie spielen von Dr. Kathleen Mar und Prof. Dr. Rainer Quitzow, RIFS