Schiffe vor Hamburg

Wasserstoff und Ammoniak: Die neuen Klimabürden

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Bald mit Ammoniak unterwegs? Schiffsverkehr vor Hamburg.

Erneuerbar erzeugter Wasserstoff und Ammoniak gelten als wichtige Treibstoffe einer klimaneutralen Wirtschaft. Allerdings werden sie aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs bei der Herstellung wohl nur punktuell eingesetzt. Und selbst dann muss man aufpassen.

Wasserstoff und Ammoniak sind momentan dabei, sich als zwei der wichtigsten klimaneutralen Energiespeicher zu positionieren. Mit ihnen, so das Versprechen, könne der Schwerlastverkehr, die Schifffahrt und der Flugverkehr dekarbonisert werden. Und nicht nur das: Wasserstoff spiele eine Schlüsselrolle bei unserer künftigen Stromversorgung und sei sogar als Gasersatz zum Heizen verwendbar. Zufälligerweise kommen solche Aussagen von Akteuren, die maximales Interesse daran haben, die momentane Gasinfrastruktur lange am Leben zu halten – wie etwa die Thüga-Gruppe, die bei den Konstanzer Stadtwerken einsteigen wollte.

Ammoniak wird momentan vor allem dort hochgejubelt, wo Wasserstoff aufgrund seiner höheren Flüchtigkeit ins Nachsehen kommt. Durch seinen höheren Siedepunkt von -33 Grad Celsius kann Ammoniak bei bedeutend niedrigerem Druck und höheren Temperaturen verflüssigt werden als Wasserstoff mit seinem Siedepunkt von -252 °C. Ammoniak ist dadurch leichter lagerbar und wird daher zum Beispiel in der Schifffahrt als Treibstoff der Zukunft gehandelt.

Viel Energie bei der Herstellung

Wird Wasserstoff verbrannt, bildet sich das harmlose Reaktionsprodukt Wasser, während Ammoniak zu Stickstoff verbrannt wird, einem Hauptbestandteil der Atmosphäre. Kommt der Strom für die Herstellung aus erneuerbaren Quellen, kann man sich damit theoretisch einen klimaneutralen Kreislauf vorstellen. Die erste sehr große Hürde bei der Elektrolyse von Wasser oder der Herstellung von Ammoniak sind die hohen Verluste: Es wird deutlich mehr Strom benötigt, als am Ende zur Verfügung steht. 

Daher ist es sinnvoll, die beiden Energieträger strategisch zu nutzen. Das heißt: Überall dort, wo deutlich effizientere Technologien bereitstehen, sollten diese den Vortritt haben. Stichwort: Wärmepumpen oder batterieelektrische Autos. 

Über den hohen Energieverbrauch von Wasserstoff und Ammoniak wurde bereits viel geschrieben, die Probleme sind allgemein bekannt. Weniger bekannt ist, dass Lecks und unvollständige Verbrennung ein beachtliches Treibhausgaspotenzial haben können.

Unbekannte Risiken

Denn Wasserstoff reagiert in der Atmosphäre mit Hydroxyl-Radikalen, die eine Schlüsselrolle beim Abbau des extrem klimaschädlichen Methans spielen. Weniger Hydoxyl-Radikale heißt mehr Methan in der Atmosphäre, was die Erderhitzung antreibt. Nun kann es sein, dass beim Transport in Pipelines, bei der Lagerung und der Verbrennung Wasserstoff austritt. Und das hat Folgen. Sollten bei Lecks zehn Prozent austreten, entspräche dies in etwa der Hälfte des Treibhauseffekts, der durch die Verbrennung einer gleich großen Menge konventioneller fossiler Brennstoffe entstünde (siehe den dazugehörigen Artikel in der Zeitschrift Science).

Wie groß die tatsächliche Leckage-Rate einer Wasserstoffwirtschaft wäre, ist weitgehend unbekannt. Aber selbst wenn es weniger als zehn Prozent sein sollten – die internationale Energieagentur rechnete in einem Risikoszenario mit 5,6 Prozent) – wäre das Treibhausgaspotenzial beachtlich groß..

Planetare Grenze überschritten

Ähnlich verhält es sich mit Ammoniak. Ammoniak und Stickstoff sind keine Treibhausgase, allerdings entstehen bei unvollständiger Verbrennung von Ammoniak auch diverse Stickoxide. Stickoxide sind spätestens seit dem Abgasskandal der Autoindustrie bekannt für ihre negativen Gesundheitsauswirkungen und ihr Potenzial für sauren Regen. Darüber hinaus ist insbesondere Distickstoffmonoxid N2O ein Treibhausgas mit fast 300-fach höherem Treibhausgaspotenzial als CO2. Es ist heutzutage vor allem bekannt aus der Landwirtschaft, als Nebenprodukt des Düngers, der wiederum aus Ammoniak hergestellt wird.

Düngemittel haben überdies noch einen sehr großen anderen Nachteil, der auch bei Ammoniak als Treibstoff zum Tragen kommen wird: Sie bringen den weltweiten Stickstoffkreislauf außer Balance. Bereits heute ist in Folge der massiven Überdüngung die planetare Grenze des Stickstoffkreislaufs überschritten – ein sehr gefährlicher Zustand. 

Den weltweiten Schiffsverkehr auf Ammoniak umzustellen, würde die derzeitige Ammoniakproduktion versiebenfachen. Damit ist das Problem des außer Kontrolle geratenen Stickstoffkreislaufs nicht zu lösen – im Gegenteil. Um wie viel genau sich die Lage verschlechtern würde, ist auch hier noch offen; viel hängt davon ab, wie groß die Lecks sind. Eine Studie aus dem vergangenen Jahr schätzt, dass die internationale Schifffahrt keinerlei Klimavorteil hätte, wenn der gesamte Treibstoff in Zukunft aus Ammoniak bestehen würde und 0,4 Prozent davon als Stickoxide in die Atmosphäre entweichen würden. 

Auch hier wieder ist nun die spannende Frage, die noch nicht abschließend beantwortet werden kann: Wie viel Stickoxide entweichen bei der Verbrennung. Wie so oft bei der Folgenabschätzung zukünftiger, noch kaum existenter Industrien ist die Datengrundlage dünn. Erste Abschätzungen reichen von 0,02 bis 0,4 Prozent, was ein sehr großer Unterschied ist.

Geschicktes Marketing?

Der Blick in die heutige Gasindustrie kann vielleicht diese großen Diskrepanzen etwas erklären und zeigen, dass sowohl viel Spielraum besteht als auch die wahren Klimaschäden häufig mit geschicktem Marketing und falscher Datengrundlage unter den Tisch gekehrt werden. Erdgas wird häufig fälschlicherweise als der am wenigsten klimaschädliche der fossilen Brennstoffe aufgeführt. Die baden-württembergische Klimaagentur KEA-BW gibt zum Beispiel bereits seit Jahren im Bilanzierungstool BICO2-LandBW, mit dem auch die Stadt Konstanz ihre CO2-Emissionen berechnet, an, dass Erdgas eine Klimabilanz von 0,247 Tonnen pro Megawattstunde (t/MWh) hat, während Heizöl mit 0,318 t/MWh verbucht wird und Braunkohle 0,411 t/MWh ausstößt.

Das ist aber bloß die eine Seite der Geschichte. Zahlreiche Studien belegen mittlerweile, dass der Effekt von Leckagen während der Förderung und des Transports deutlich unterschätzt wurde, so dass mittlerweile davon ausgegangen wird, dass die wahren Klimaschäden in etwa 20-60 Prozent höher liegen und Erdgas damit nur noch knapp vor der Braunkohle landet.

Hohe Leckraten

Doch es ist nicht leicht, eine einzelne Zahl zu nennen, da die Leckage-Raten je nach Fördermethode und Netzinfrastruktur erheblich schwanken. Verflüssigtes Gas (LNG) zum Beispiel richtet einen höheren Klimaschaden an als Pipelinegas, da das Gas erst verflüssigt werden muss und dann mit dem Schiff quer durch die Welt gefahren wird. Frackinggas hat deutlich höhere Leckage-Raten als konventionelle Förderquellen. Hinzu kommt, dass es einzelne Großemittenten (sog. Superemitter) mit fast zehnfach höheren Leckage-Raten als der globale Durchschnitt gibt. Ein gezieltes Vorgehen gegen diese Superemitter könnte die Klimabilanz von Erdgas zum Beispiel gravierend verbessern. Dies passiert momentan jedoch nur sehr langsam.

Leckage-Raten schwanken und können je nach politischem und wirtschaftlichem Willen auch verändert werden. Die internationale Schifffahrt zum Beispiel ist in der Vergangenheit aber nicht dadurch aufgefallen, dass sie mit heroischen Anstrengungen zum Umweltschutz vorangeschritten wäre – im Gegenteil. 

Dennoch werden Wasserstoff und Ammoniak in jedem Fall eine zentrale Rolle in einer dekarbonisierten Wirtschaft spielen. Die hohen Energiekosten bei der Herstellung sowie die potenziell hohen Klimaschäden machen deutlich, dass sie nur strategisch eingesetzt und mit Bedacht angewandt werden sollten. Grundsätzlich bleibt, dass ein verringerter Energiebedarf die Probleme deutlich schmälern würde. Maßnahmen, die den Bedarf senken, sollte daher immer mitgedacht werden.

Text: Manuel Oestringer. Unser Autor schreibt auf seemoz regelmäßig über Klimafragen. Zuletzt erschienen von ihm Grünes Wachstum: In 220 Jahren zur Klimaneutralität und Gute Neuigkeiten: PV-Ausbau auf dem Vormarsch | Foto: Pit Wuhrer

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