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Power-to-X: Welche Geschäftsmodelle können am besten zur Transformation der Industrie beitragen?

Von Erdöl und Erdgas werden wir uns in den nächsten Jahren sukzessive verabschieden. Die Klimaschutzziele erfordern es, in allen Sektoren fossilfrei zu werden – Mobilität, Wohnen, Industrie. Doch dies bedeutet nicht, dass wir vollständig auf flüssige oder gasförmige Kraftstoffe verzichten können. In der Energiewende rücken sogenannte Power-to-Gas- (PtG) oder Power-to-Liquid-Verfahren (PtL) in den Fokus, die unter dem Oberbegriff Power-to-X zusammengefasst werden: Mit Einsatz von Strom werden flüssige oder gasförmige Energieträger hergestellt.

Im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums hat das Forschungsprojekt ProPower die Umweltauswirkungen verschiedener Power-to-X-Verfahren untersucht. Die Forschenden vom Institut für ökologische Wirtschaftsforschung und vom Fraunhofer-Institut Umsicht fokussierten sich dabei auf zwei Power-to-Gas-Verfahren – die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse und die chemische Methanisierung – sowie die beiden Power-to-Liquid-Technologien direkte Ammoniaksynthese und Fischer-Tropsch-Synthese. Zudem hat sich das IÖW mit der ökonomischen Bewertung der Verfahren und potenziellen Geschäftsmodellen und befasst.

Fazit der Analysen: Wird erneuerbarer Strom wie Windkraft als Stromquelle eingesetzt, können deutliche Umweltvorteile gegenüber fossilen Referenzprodukten erzielt werden. Doch noch sind die Verfahren nicht wirtschaftlich. Zwei neue Studien geben nun Handlungsempfehlungen, wie Power-to-X dazu beitragen kann, den Transformationsprozess in der deutschen Wirtschaft, insbesondere der Industrie, nachhaltig zu gestalten. „Dabei ist grundsätzlich zu beachten, dass Anstrengungen zur Steigerung der Suffizienz und der Effizienz Vorrang haben sollten. Der Einsatz von PtG- und PtL-Produkten sollte also auf Bereiche begrenzt werden, in denen es aus heutiger Sicht keine aussichtsreichen technologischen Alternativen gibt, auf fossile Energieträger zu verzichten etwa durch Umstellung auf direktelektrische Nutzung“, so Projektleiterin Katharina Heinbach vom IÖW.

Power-to-X nur vorteilhaft für die Umwelt bei erneuerbarem Strom als Energiequelle

Die Umweltbewertung der Verfahren zeigt, dass diese nur ökologisch vorteilhaft sind, sofern erneuerbarer Strom eingesetzt wird. Bei Verwendung des durchschnittlichen Strommixes ergeben sich auch noch im Jahr 2030 Netto-Belastungen. Besonders vorteilhaft ist die Umweltbilanz mit einer Strombereitstellung mit Onshore- und Offshore-Windanlagen oder einem Mix aus Wind- und Photovoltaikstrom, der in Nordafrika erzeugt wird. Die Studie empfiehlt daher, dass die erneuerbaren Energien konsequent weiter auszubauen sind. Bei dem Import von PtX-Produkten muss sichergestellt sein, dass für die Herstellung zusätzliche Kapazitäten an erneuerbarer Energie geschaffen und weitere Nachhaltigkeitskriterien eingehalten werden.

Für einige Verfahren wird Kohlenstoffdioxid benötigt, beispielsweise um flüssige Kraftstoffe oder synthetisches Methan herzustellen. Hier empfehlen die Studienautor*innen, den Einsatz fossiler CO2-Quellen aus der Industrie kritisch zu prüfen, da sie das verbleibende Emissionsbudget bis 2045 stark beanspruchen und den Einsatz heutiger, klimabelastender Industrieverfahren auf längere Zeit zementieren können. Auch weisen die Forschenden darauf hin, dass vor der Festlegung auf eine der untersuchten Technologien stets sorgfältig geprüft werden müsse, ob für die anvisierte Anwendung keine ökologisch vorteilhaftere Technologiealternative vorhanden ist.

Drei Hemmnisse für Markteinführung von PtX-Technologien

Das Projekt hat drei zentrale Hemmnisse für die Umsetzung von PtG- und PtL-Projekten in Deutschland identifiziert: Erstens sind PtG- und PtL-Produkte gegenüber fossilen Referenzprodukten noch nicht wirtschaftlich. Zweitens fehlt in der Wirtschaft das Know-how insbesondere bei der Projektplanung, aber auch bei der Anwendung der PtX-Produkte. Und drittens sind sich die Marktakteure unsicher über die zukünftige Relevanz der PtG- und PtL-Verfahren sowie über die Entwicklung der Regulierung und der Entwicklung des internationalen Umfeldes.

Wichtige Stellschraube für Wirtschaftlichkeit: CO2-Preis

Für eine Verbesserung des wettbewerblichen Kontextes empfehlen die Studienautor*innen, Push- und Pull-Instrumente zu kombinieren. Zu den übergreifenden Pull-Instrumenten zählt die notwendige Reform der Strompreisbestandteile. Verlässliche Förderungen für Investitionen oder operative Kosten können den Bau von Anlagen in der Markthochlaufphase zusätzlich unterstützen. Eine zentrale Stellschraube für die Wirtschaftlichkeit ist der CO2-Preis. Ein deutlich höherer CO2-Preis würde den relativen Kostenunterschied der PtX-Produkte zu den Referenzprodukten senken.

Bedarf an Informationen und Dialogformaten

Als Push-Instrument ist der gezielte Einsatz von EU-weiten Nachfragequoten insbesondere für Industrieprodukte zu prüfen, denn eine höhere Zahlungsbereitschaft für grüne Industrieprodukte ist derzeit auf den Weltmärkten z.B. für Stahl, Chemie und Rohölprodukte nicht vorhanden. Ein CO2-Grenzausgleich in der EU ist außerdem erforderlich, um die Verlagerung von CO2-Emissionen (Carbon Leakage) in Länder mit niedrigeren Umweltstandards im Zuge der Einführung von PtX-Produkten zu verhindern. Zusätzlich zu den wettbewerbsbezogenen Maßnahmen braucht ein PtX-Rollout eine Begleitung durch Informationen, die aktuell nicht oder nicht sichtbar vorhanden sind, unter anderem eine Klärung von Mengen- und Standortfragen durch die Politik, um den Marktakteuren Sicherheit über die Relevanz der PtX-Potenziale zu geben. Hierfür empfiehlt die Studie etwa branchenspezifische Dialogformate zwischen Politik und Marktakteuren, Planungshilfen sowie geförderte Showcases zur Demonstration der Projektmachbarkeit und der technologischen Funktionsfähigkeit.

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