Skalierung von grünem Wasserstoff in einem Beitrag

Bei sauberem Wasserstoff handelt es sich um eine Reihe von Technologien im Frühstadium, die das Potenzial haben, ein „Schweizer Taschenmesser“ für die langfristige Dekarbonisierung in den USA zu werden. Es kann die Dekarbonisierung in den USA vorantreiben, indem es kurzfristig traditionellen Wasserstoff in aktuellen industriellen Anwendungen ersetzt und auf lange Sicht eine Vielzahl von Kraftstoffen und Rohstoffen ersetzt. Es bedarf jedoch erheblicher politischer und investiver Unterstützung, um das erforderliche Maß zu erreichen. Die im kürzlich verabschiedeten Inflation Reduction Act (IRA) enthaltene Steuergutschrift für die Produktion von sauberem Wasserstoff ist ein bedeutender Schritt zur Sicherung eines Platzes für sauberen Wasserstoff in der US-Wirtschaft. Derzeit beschäftigt sich der Internal Revenue Service (IRS) mit der Umsetzung der Vorschriften für die Gutschrift und versucht zu entscheiden, wie Treibhausgasemissionen (THG) aus der Stromerzeugung zur Herstellung von elektrolytischem Wasserstoff (einer Art von sauberem Wasserstoff, oft als grüner Wasserstoff bezeichnet) zu berücksichtigen sind ).

In dieser Notiz diskutieren wir die Kompromisse für die Entscheidungen, die der IRS vor sich hat. Damit grüner Wasserstoff in einer dekarbonisierten Zukunft eine Rolle spielen kann, müssen die USA Erfahrungen beim Bau und der Installation von Elektrolyseuren in heute beispiellosem Ausmaß sammeln, um eine heimische Industrie aufzubauen und die Kosten zu senken. Die kurzfristige Einhaltung restriktiver Regeln zur Inanspruchnahme des Kredits könnte die Wachstumsfähigkeit dieser Branche beeinträchtigen und die Bandbreite an Möglichkeiten für sauberen Wasserstoff in der Zukunft verringern. Gleichzeitig muss die Politik Klarheit über einen künftigen Weg schaffen, der sicherstellt, dass grüner Wasserstoff die Treibhausgasemissionen langfristig tatsächlich reduziert. Ein Modell, das für die USA nützlich sein könnte, ist der von der Europäischen Kommission kürzlich vorgestellte Ansatz zur Treibhausgasbilanzierung für grünen Wasserstoff, bei dem es sich um einen schrittweisen Ansatz im Laufe der Zeit zu restriktiveren Regeln handelt. In den USA wird eine kurzfristige Flexibilität dieser Regeln in den nächsten Jahren wahrscheinlich zu einem leichten Anstieg der gesamten Treibhausgasemissionen führen, aber der Einsatz einer grünen Wasserstoffindustrie, die sich in Zukunft letztendlich an strenge Regeln hält, kann dafür sorgen, dass grüner Wasserstoff dies kann spielen eine bedeutende Rolle bei der tiefgreifenden Dekarbonisierung.

Sauberer Wasserstoff hat das Potenzial, als Kraftstoff, Rohstoff und Energiespeichermedium in mehreren Sektoren eine wichtige Rolle in einer dekarbonisierten Wirtschaft zu spielen. In früheren Rhodium-Forschungen vor der Verabschiedung des IRA haben wir die kurz- und langfristigen Möglichkeiten für eine effektive Ausweitung von sauberem Wasserstoff bewertet. Die größten Chancen zur Emissionsreduzierung ergeben sich kurzfristig aus der Umstellung des derzeitigen jährlichen US-amerikanischen Wasserstoffbedarfs von etwa 10 MMT von der konventionellen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Produktion hin zu saubereren Produktionsmethoden. Diese Nachfrage wird durch industrielle Prozesse angetrieben – darunter vor allem Raffinerien, die Ammoniakproduktion und die Methanolproduktion. Heutzutage wird fast der gesamte Wasserstoff über den Steam Methan Reformation (SMR)-Prozess erzeugt, der Erdgas in Wasserstoff umwandelt und jährlich etwa 100 MMT CO2e oder knapp 2 % der US-Netto-THG-Emissionen ausstößt (Abbildung 1). Die Reduzierung dieser Emissionen durch den Übergang zur sauberen Wasserstoffproduktion kann einen kleinen, aber messbaren Unterschied auf dem Dekarbonisierungskurs der USA bewirken.

Im Laufe der Zeit können durch den Ersatz herkömmlicher fossiler Brennstoffe durch sauberen Wasserstoff in neuen Anwendungsfällen tiefere Emissionsreduzierungen erzielt werden, unter anderem als Industriekraftstoff oder Rohstoff und als Transportkraftstoff für schwer zu elektrifizierende Anwendungen wie Schwerlasttransporte. Die größten Emissionsvorteile von sauberem Wasserstoff ergeben sich, wenn seine Nutzung auf diese zukünftigen Anwendungen ausgeweitet wird, verglichen mit den relativ geringen Emissionsauswirkungen der Dekarbonisierung des bestehenden Wasserstoffverbrauchs heute.

Mehrere technologische Wege können Wasserstoff mit deutlich geringeren Treibhausgasintensitäten erzeugen. Zwei der am häufigsten diskutierten Themen sind die Nachrüstung von SMRs mit Kohlenstoffabscheidung und die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Im ersteren Fall kann CO2 an verschiedenen Stellen im Prozess der Umwandlung von Erdgas in Wasserstoff abgeschieden werden, was zu einer Produktionsemissionsintensität führt, die bis zu 99 % niedriger ist als bei der unkontrollierten SMR-Produktion – obwohl die wirtschaftlichsten Möglichkeiten für die Kohlenstoffabscheidung in diesen Anlagen bestehen wahrscheinlich zu weniger Emissionsminderung führen. Unsere früheren Untersuchungen haben gezeigt, dass die Kohlenstoffabscheidung in aktuellen SMR-Anlagen (auch blauer Wasserstoff genannt) eine Rolle bei der kurzfristigen Dekarbonisierung spielen kann; Dieser Hinweis konzentriert sich jedoch auf elektrolytischen Wasserstoff, der mit emissionsarmem Strom hergestellt wird und allgemein als grüner Wasserstoff bezeichnet wird. Grüner Wasserstoff nutzt Elektrizität in Gegenwart eines Katalysators, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, wobei am Produktionsort kein CO2 freigesetzt wird. Allerdings können bei der Erzeugung des dabei verwendeten Stroms CO2 und andere Treibhausgase ausgestoßen werden.[1]

Diese Zukunft für grünen Wasserstoff ist alles andere als gesichert und es ist nicht klar, welche Rolle grüner Wasserstoff konkret spielen wird. Aber wir wissen mit Sicherheit, dass es nicht zur Dekarbonisierung des US-Energiesystems beitragen wird, wenn nicht drei Dinge zutreffen:

Damit grüner Wasserstoff in einem künftigen dekarbonisierten Energiesystem eine Rolle spielen kann, müssen die USA schnell Erfahrungen beim Bau und der Installation von Elektrolyseuren sammeln. Es braucht Zeit, bis sich neue Technologien auf dem Markt verbreiten, während Entwickler daran arbeiten, Lieferketten aufzubauen, Arbeitskräfte auszubilden und zu lernen, mit bürokratischen Prozessen umzugehen. Dieser verstärkte Wasserstoffeinsatz ist auch notwendig, um die Kosten zu senken und eine günstige Versorgung mit grünem Wasserstoff sicherzustellen.

Wie schnell können Elektrolyseure skaliert werden? Ein nützliches Beispiel ist der kometenhafte Aufstieg von Wind und Sonne. Während ihrer schnellsten 10-Jahres-Skalierungsperiode in diesem Jahrhundert wuchsen die Windkraftanlagen im Versorgungsmaßstab um durchschnittlich 42 % pro Jahr und die Solaranlagen im Versorgungsmaßstab um durchschnittlich 97 % pro Jahr. Selbst wenn sich Elektrolyseure auf dem gleichen Weg wie Solarenergie befinden, sind sie nur auf dem besten Weg, in zehn Jahren weniger als 20 % des aktuellen Wasserstoffbedarfs zu decken. Wie bei Wind- und Solarenergie wird ein aggressiver oder, wie in diesem Fall, sogar bescheidener Ausbau nicht mit den Kräften des Marktes allein möglich sein – politische Unterstützung wird notwendig sein, um die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff zu erhöhen.

Eine Steuergutschrift für die Wasserstoffproduktion (PTC) wurde im Rahmen des Inflation Reduction Act (IRA) im Jahr 2022 eingeführt und ist eine wichtige Richtlinie, die wir in unserem vorherigen Hinweis als Schlüssel zur Ausweitung des Wasserstoffs identifiziert haben. Neben einer Reihe anderer Steuergutschriften, insbesondere den Steuergutschriften für saubere Stromproduktion und Investitionen, kann der Wasserstoff-PTC (nach seinem Abschnitt im Steuergesetz auch 45-V-Steuergutschrift genannt) die Kosten für sauberen Wasserstoff senken, um kostenwettbewerbsfähig zu sein mit SMR-erzeugtem Wasserstoff.

Besonders wichtig ist die 45V-Steuergutschrift für grünen Wasserstoff. Wenn grüner Wasserstoff sehr niedrige Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus nachweisen kann, kann er sich für Steuergutschriften in Höhe von bis zu 3 US-Dollar pro Kilogramm qualifizieren. Diese Höhe der Steuergutschrift kann den sinnvollen Einsatz von Elektrolyseuren vorantreiben. Die Schlüsselfrage, mit der sich der IRS derzeit beschäftigt, ist die, wie dieser Treibhausgas-Fußabdruck berechnet werden kann – worauf wir später in diesem Hinweis zurückkommen werden.

Trotz dieses erheblichen Vorstoßes auf der Angebotsseite wurden auf der Nachfrageseite keine größeren Anreize geschaffen, die den Übergang zu grünem Wasserstoff fördern oder fordern würden. Damit grüner Wasserstoff eine sinnvolle Rolle bei der langfristigen Dekarbonisierung spielen kann, muss er über den bloßen Ersatz der aktuellen SMR-Produktion hinausgehen. Die Schaffung des für die Dekarbonisierung notwendigen Marktes für grünen Wasserstoff erfordert jedoch eine ausreichende nachfrageseitige Politik, die Anreize für diesen Wandel schafft. Damit der Markt für grünen Wasserstoff wirklich skalieren kann, müssen diese Richtlinien in Form von sektoralen Standards oder sektorbasierten oder gesamtwirtschaftlichen CO2-Richtlinien vorliegen.

Verzögerungen bei der Installation von Elektrolyseuren in naher Zukunft werden zu einem langsameren Gesamtausbau der Elektrolyseurkapazität und damit langfristig zu geringeren Emissionsvorteilen führen. Bei der Bewertung der Kompromisse bei der Umsetzung politischer Maßnahmen ist es wichtig, das Gleichgewicht zwischen erheblichen langfristigen Emissionsreduktionsvorteilen und kurzfristigen Auswirkungen zu verstehen. Dies bringt uns zurück zur Bedeutung der IRS-Entscheidungen zur Umsetzung der 45-V-Steuergutschrift.

Die gesetzliche Formulierung des Wasserstoff-PTC ist einfach: Um Anspruch auf die höchste Steuergutschrift zu haben, muss Wasserstoff über einen Prozess mit einer Lebenszyklus-THG-Emissionsrate von weniger als 0,45 kg CO2e pro kg Wasserstoff hergestellt werden. Heutzutage benötigt elektrolytischer Wasserstoff den vollen Wert der Gutschrift, um mit SMR-Wasserstoff kostenmäßig konkurrenzfähig zu werden, daher müssen seine Hersteller eine sehr niedrige Emissionsrate nachweisen. Die Elektrolyse ist ein sehr stromintensiver Prozess, und die Emissionen aus der Stromerzeugung tragen maßgeblich zur Gesamtemissionsrate über den gesamten Lebenszyklus bei. Daher sind die Treibhausgasemissionen, die bei der Erzeugung von Strom ausgestoßen werden, der in den Elektrolyseur fließt, wirklich wichtig.

Interessengruppen und Streithelfer haben mehrere Ansätze zur Berechnung der Treibhausgasemissionen aus der relevanten Stromerzeugung vorgeschlagen. Die strengsten dieser Ansätze erfordern zeitliche und regionale Anpassungs- und Zusätzlichkeitsbestimmungen. Damit Strom als emissionsfrei gilt, muss bei diesem Ansatz jede Kilowattstunde (kWh) Strom, die in einen Elektrolyseur fließt, mit einer kWh Strom abgeglichen werden, der von einem neuen, emissionsfreien Generator in derselben Region wie der erzeugt wird Elektrolyseur stündlich. Dies bietet ein Höchstmaß an Sicherheit, dass der Strombedarf des Elektrolyseurs nicht zu erhöhten Treibhausgasemissionen im Stromsektor führt und so der sauberste Wasserstoff entsteht, der möglich ist. Andere Ansätze variieren Aspekte dieser Formel, einschließlich der Anpassung der kWh auf jährlicher statt stündlicher Basis, ohne dass die emissionsfreie Ressource neu sein muss und nicht mit dem Elektrolyseur zusammengelegt werden muss.

Die Forderung nach einem hohen Maß an Stringenz in Bezug auf regionale, zeitliche und Zusätzlichkeitsvariablen vom ersten Tag an ist mit Kosten verbunden. Die industriellen Endanwendungen, die wir als aktuellen Markt für grünen Wasserstoff hervorgehoben haben, erfordern eine relativ konstante Versorgung mit Wasserstoff. Dies kann erreicht werden, indem günstige Wind- oder Solarenergie mit Batteriespeichern oder anderen emissionsfreien Formen der Stromerzeugung kombiniert wird, was eine stabilere Produktion aus dem Elektrolyseur ermöglicht. Modelle zur Energiesystemoptimierung prognostizieren im Laufe der Zeit minimale Kostenauswirkungen, da das System diesen Bedarf plant und sich an ihn anpasst. Heutzutage sind feste Verträge für sauberen Strom jedoch mit einem Kostenaufschlag verbunden – zum Beispiel mit einem Preisanstieg von 38 % für einen Kaufvertrag für Solarstrom (PPA) gepaart mit Batteriespeicher im Vergleich zu einem herkömmlichen Solar-PPA (Abbildung 2).

Da die Stromkosten der wichtigste Kostenfaktor für die Herstellung von elektrolytischem Wasserstoff sind, können diese Kostenaufschläge die Gesamtproduktionskosten schnell über die Kosten von SMR-Wasserstoff ansteigen lassen, selbst wenn die volle Steuergutschrift von 3 US-Dollar/kg in Kraft ist. Der Kostenanstieg durch den Wechsel von einem eigenständigen Solar-PPA zu einem Solar-plus-Speicher-PPA erhöht die subventionierten Gesamtkosten der Wasserstoffproduktion von 0,93 bis 2,98 US-Dollar/kg auf 1,49 bis 3,65 US-Dollar/kg.[2] Heutzutage wird SMR-Wasserstoff je nach Erdgaspreis zu Kosten von etwa 1 bis 1,50 US-Dollar pro Kilogramm hergestellt. Der zusätzliche Kostenaufschlag macht es daher selbst am unteren Ende unserer Kostenspanne schwierig, die Wirtschaftlichkeit von grünem Wasserstoff einzuschätzen.

Auch der Betrieb mit einer vier- oder sogar achtstündigen Batterie verbessert die Regelmäßigkeit der Stromabgabe nicht ausreichend, um einen Wasserstoffstrom zu erzeugen, der für industrielle Anwendungen nützlich ist. Wasserstoffproduzenten oder -verbraucher können große Speicheranlagen errichten, um Wasserstoff bis zum Bedarf zu speichern, aber die Kosten dieser Speicherausrüstung, die von der Speicherart und den Kontext des einzelnen Standorts abhängen, skalieren mit ihrer Größe und erhöhen wiederum die Gesamtkosten für Wasserstoff .

Abgesehen von den Auswirkungen auf die Wasserstoffproduktionskosten ist die stündliche Verfolgung der Emissionseigenschaften von Strom in den USA noch relativ neu. In dieser Hinsicht gab es vielversprechende Entwicklungen bei den wichtigsten Tracking-Plattformen für Energieattributzertifikate (EAC): Die M-RETS-Plattform, die freiwillige EACs in mehreren Teilen des Landes verfolgt, entwickelte 2019 stündliche Tracking-Tools, während PJM GATS zur Nachverfolgung diente Compliance-EACs in der Strommarktregion PJM werden die Möglichkeit dazu voraussichtlich noch in diesem Jahr freigeben. Dennoch gibt es in den USA derzeit keine landesweite, gemeinsame Plattform zur Verfolgung stündlicher EACs. Dies macht eine konsistente stündliche Anpassung an sauberen Strom für Projekte zur Produktion von grünem Wasserstoff im Frühstadium schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.

Andererseits wird die Lockerung der stündlichen Anpassung an einen Jahresbedarf kurzfristig zu einem Anstieg der Emissionen im Stromsektor führen. Etwas vereinfacht ausgedrückt: Wenn Elektrolyseure mit relativ konstanten Kapazitätsfaktoren laufen, erhöht dieser Bedarf die Stromerzeugung aus einigen fossil befeuerten Generatoren, wenn die über ein PPA vertraglich vereinbarte erneuerbare Ressource nicht erzeugt. Wie wir oben hervorgehoben haben, kann grüner Wasserstoff nicht zu einer sinnvollen Dekarbonisierung beitragen, wenn er nicht tatsächlich emissionsarm ist.

Um die potenziellen Kompromisse zwischen stündlichem und jährlichem Matching abzuschätzen, kann es hilfreich sein, das Ausmaß der Emissionen zu berücksichtigen, die im weniger restriktiven jährlichen Matching-Szenario auftreten könnten. Wie oben erwähnt, beginnt die Kapazität der Elektrolyseure in den USA heute auf einem sehr niedrigen Niveau. Selbst mit der IRA und dem Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) wird die Ausweitung einige Zeit dauern. Wenn die Elektrolyseurkapazität um 50 % schneller wächst als die Solarkapazität im Versorgungsmaßstab in ihrem besten Zeitraum von zehn Jahren, könnte die installierte Elektrolyseurkapazität im Jahr 2030 21 GW erreichen und knapp 3 MMT Wasserstoff produzieren – etwa 30 % des heutigen gesamten Wasserstoffbedarfs ( Figur 3). Der zusätzliche Strombedarf für die Elektrolyse würde in diesem Jahr einem Anstieg des Gesamtstromverbrauchs um etwa 4 % entsprechen.

Im Jahresdurchschnitt gehen wir davon aus, dass die Stromerzeugung zum Betreiben dieser Elektrolyseure die gesamten Treibhausgasemissionen aus der Wasserstoffproduktion im Jahr 2030 um 34–58 MMT über das heutige Niveau von 100 MMT pro Jahr erhöhen könnte – ein Anstieg der gesamtwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen um etwa 1 % ein kumulativer Anstieg der Emissionen um 56-97 MMT von 2023 bis 2030.[3] Um diese Zahl in den Kontext zu stellen, stellt das Energieministerium fest, dass sauberer Wasserstoff, wenn er skalierbar ist, die gesamten Treibhausgasemissionen der USA im Jahr 2050 um 660 MMT reduzieren kann.

Bei diesen Zahlen handelt es sich um eine konservative Obergrenze für die Auswirkung der jährlichen Mittelung, da sie auf hohen stündlichen Emissionsraten beruhen und keine Verbesserung der Kohlenstoffintensität im Netz im Laufe der Zeit annehmen. Das Netz ist bereits auf dem besten Weg, deutlich sauberer zu werden als heute – wir schätzen, dass die IRA den Gesamtanteil der sauberen Stromerzeugung von heute 43 % auf 60–81 % bis 2030 steigern kann.

Obwohl die zeitliche Abstimmung vielleicht das am heftigsten diskutierte Designelement ist, sind auch die anderen Elemente von großer Bedeutung. Unsere Emissionsschätzungen steigen im Jahr 2030 um 73 MMT, wenn es keine Zusätzlichkeitsanforderung gäbe, und auf 63-100 MMT, wenn der Wasserstoff nur in Teilen des Landes mit den Stromnetzen mit den höchsten Emissionen produziert würde. Schließlich gehen unsere Schätzungen davon aus, dass elektrolytischer Wasserstoff den Bedarf deckt, der derzeit durch SMR-produzierten Wasserstoff gedeckt wird. Wenn der gesamte Wasserstoff stattdessen für neue Endanwendungen verwendet würde und es zu keiner Reduzierung der SMR-Produktion käme, steigen unsere Emissionsschätzungen im Jahr 2030 auf 60–85 MMT.[4]

Zusätzliche Maßnahmen, die die Dekarbonisierung des Netzes vorantreiben, können einen Teil dieses kurzfristigen Anstiegs der Emissionen abmildern. So wie ein saubereres Netz die Auswirkungen anderer neuer elektrifizierter Technologien wie Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen auf den Lebenszyklus der Emissionen reduziert, wird dies auch bei der elektrolytischen Wasserstoffproduktion im Vergleich zum heutigen Netz der Fall sein, insbesondere in dem Maße, in dem das sauberere Netz einen höheren Kapazitätsfaktor aufweist , emissionsfreie Erzeugungsquellen. Der groß angelegte Einsatz von Großbatterien und eine verstärkte Übertragung können auch dazu beitragen, dass in mehr Teilen des Landes zu kürzeren Zeiten mehr emissionsfreier Strom verfügbar ist. Über die dank der IRA erwarteten Steigerungen der Stromerzeugung hinaus können Richtlinien, einschließlich EPA-Kraftwerksvorschriften und Arbeiten zur Behebung von Übertragungsengpässen, Standort- und Genehmigungsproblemen für erneuerbare Energien, Rückständen in Verbindungswarteschlangen und Einschränkungen in der Lieferkette, dazu beitragen, den Fortschritt in Richtung eines saubereren Netzes zu sichern fahre es weiter.

Die USA sind nicht der einzige Ort, der sich mit der Frage auseinandersetzt, was sauberer Wasserstoff ist. Die Europäische Kommission hat kürzlich ihre Regeln für grünen Wasserstoff festgelegt und einen schrittweisen Ansatz vorgeschlagen, der aus mehreren Gründen aufschlussreich ist. Erstens ist die EU ein weiterer großer Energieverbraucher, der sich mit der Frage auseinandersetzt, wie er seine Klimaziele erreichen kann. Zweitens gelten ihre Anforderungen auch für jeglichen auf den Kontinent importierten Wasserstoff, was bedeutet, dass US-amerikanische Wasserstoffproduzenten sie erfüllen müssten, wenn sie die EU als Exportmarkt in Betracht ziehen wollen.

Zur Frage der zeitlichen Abstimmung von sauberem Strom mit der Wasserstoffproduktion beginnt das europäische Modell mit einem monatlichen Abgleich und stellt fest, dass ein detaillierterer Abgleich „kurzfristig durch technologische Hindernisse bei der Messung des stündlichen Abgleichs behindert wird, was auch schwierige Auswirkungen auf die Elektrolyseurkonstruktionen hat.“ sowie das Fehlen einer Wasserstoffinfrastruktur, die die Speicherung und den Transport von erneuerbarem Wasserstoff zu Endverbrauchern ermöglicht, die eine ständige Wasserstoffversorgung benötigen.“

Jede dieser Herausforderungen trifft auch auf den US-amerikanischen Kontext zu, insbesondere die technologischen Hindernisse für den stündlichen Abgleich. Wie bereits erwähnt, gibt es derzeit kein nationales System zur stündlichen Erfassung der Stromerzeugung, und es ist unklar, wann eines eingeführt wird. Wasserstoffprojekte werden wahrscheinlich Schwierigkeiten haben, eine Finanzierung zu erhalten, wenn Entwickler eine stündliche Ausgleichsvorgabe erfüllen müssen und es keinen gemeinsamen Rahmen für die Einhaltung gibt.

Angesichts des Flickenteppichs auf den US-amerikanischen Strommärkten ist die monatliche Anpassung auf absehbare Zeit wahrscheinlich sogar eine Herausforderung. Bemerkenswert ist, dass die EU über einen gemeinsamen Strommarkt verfügt, während der US-Markt stark segmentiert ist. Europa konzentriert sich darauf, bis 2030 eine stündliche Anpassung zu erreichen, was ein gutes Modell für einen mittelfristigen Übergang darstellt. ​​Europas Ansatz beinhaltet auch eine Überprüfungsklausel für das detailliertere Matching im Jahr 2028, in der die Auswirkungen der verschärften Strenge auf die Wasserstoffproduktionskosten untersucht werden.

Der EU-Ansatz erfordert außerdem eine regionale Abstimmung und dass der für die Wasserstoffproduktion verwendete Strom relativ neu gebaut werden muss (d. h. innerhalb der letzten drei Jahre vor Beginn der Wasserstoffproduktion in Betrieb genommen werden muss), mit begrenzten Ausnahmen für Regionen, die bereits über sehr saubere Netze verfügen. Die Regeln sehen auch eine „Übergangsphase“ vor, die es Anlagen, die vor 2028 in Betrieb sind, ermöglicht, bis 2037 von den Zusätzlichkeitsregeln ausgenommen zu werden.

Elektrolyseure sind eine wichtige technologische Lösung zur Reduzierung der Emissionen bestehender Industrieprozesse, die erdgasbasierten Wasserstoff verwenden. Mit der Zeit können sie zunehmend auch in anderen Anwendungen eine Rolle spielen. Um die potenziellen Vorteile von grünem Wasserstoff zu nutzen, müssen die USA eine Industrie für den Bau und die Installation von Elektrolyseuren entwickeln – was unwahrscheinlich ist, wenn restriktive Vorschriften den kurzfristigen Einsatz von Elektrolyseuren einschränken.

Es wird erwartet, dass die weltweite Produktionskapazität für Elektrolyseure in den kommenden Jahren erheblich wachsen wird, und die USA laufen Gefahr, eine wichtige Chance für die Herstellung sauberer Energie zu verpassen, wenn es keine unterstützenden politischen Maßnahmen und eine robuste Inlandsnachfrage gibt. Die Kosten für Elektrolyseure werden sinken, da die weltweite Produktionskapazität steigt, und nichts zwingt US-amerikanische Wasserstoffentwickler, in den USA hergestellte Elektrolyseure zu kaufen. Dennoch kann der Einsatz im Inland dazu beitragen, die Kosten in der Lernkurve weiter zu senken. Um erhebliche Kapitalkostensenkungen zu erreichen, ist ein sinnvoller Einsatz von Elektrolyseuren erforderlich, der über das hinausgeht, was bereits in Planung ist – und die USA können dabei helfen, diese Lücke zu schließen.

Eine weitere Herausforderung restriktiver Vorschriften zur elektrolytischen Wasserstoffproduktion besteht in der Gefahr, dass sich blauer Wasserstoff als führende Technologie zur Herstellung von sauberem Wasserstoff festsetzt. SMRs mit CO2-Abscheidung können bereits die Steuergutschrift in Höhe von 85 US-Dollar pro Tonne gemäß Abschnitt 45Q in Anspruch nehmen, und Entwickler und Finanziers haben bereits einige Erfahrungen mit dieser Richtlinie. Unter 45Q gibt es keine Lebenszyklusbilanzierungspflicht, wenn das CO2 dauerhaft unter der Erde gespeichert wird, und die Messung der Emissionsminderung ist einfacher – eine abgeschiedene Tonne CO2 führt zu einer Auszahlung, einem harten Stopp. Insbesondere wenn es keine politischen Maßnahmen gibt, die die neue Wasserstoffnachfrage vorantreiben, könnte ein Großteil der aktuellen Wasserstoffnachfrage mit blauem Wasserstoff gesättigt werden – nützlich für kurzfristige Emissionsreduzierungen, aber nicht für die Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen oder Wasserstoff, der langfristig eine wichtige Rolle spielt. Begriff Dekarbonisierung.

Die Bereitstellung einer Startbahn für restriktivere Beschränkungen dessen, was Wasserstoff für 45 V in Frage kommt, einschließlich einer detaillierteren zeitlichen und regionalen Anpassung im Laufe der Zeit, ähnlich wie es die EU in Erwägung zieht, kann Entwicklern den richtigen Weg weisen und ihnen gleichzeitig wichtige Erfahrungen bei der heutigen Installation von Elektrolyseuren und der Entwicklung eines Haushalts ermöglichen Industrie.

Gleichzeitig dürfen die politischen Entscheidungsträger das langfristige Emissionsrisiko nicht ignorieren, das mit einem Boom beim Einsatz von Elektrolyseuren einhergehen kann. Um Emissionsleitlinien zu erstellen, kann das IRS Zieltermine festlegen, um die Gewissheit über wichtige Implementierungsdetails wie den Übergang zu einem zeitlich detaillierteren Abgleich zu erhöhen. Solche Phase-in-Ansätze geben der Wasserstoff- und Energieindustrie die Wegweiser, die sie benötigen, um die Tracking-Tools, Berechnungsansätze, Vertragssprachen und andere Schlüsselelemente zu entwickeln, um sicherzustellen, dass grüner Wasserstoff zur Dekarbonisierung beiträgt.

In der Zwischenzeit kann sich das IRS auf die Umsetzung der (relativ) einfachen Dinge konzentrieren, die auf bestehenden Rahmenwerken und Vorschriften basieren:

Die Suche nach einem Übergangspfad, der den Einsatz in Gang bringt und die Emissionen minimiert, während gleichzeitig im Laufe der Zeit eine hohe Grenze für die Treibhausgasleistung eingeführt wird, stellt einen Kompromiss dar und könnte der beste Weg nach vorne sein.

[1] Bei diesen Zusammenfassungen handelt es sich nicht um vollständige Lebenszyklusbewertungen der mit den einzelnen Produktionswegen verbundenen Treibhausgasemissionen.

[2] Kostenbereiche repräsentieren niedrige, mittlere und hohe Annahmen der Kapitalkosten von Elektrolyseuren. Wir gehen davon aus, dass Batterien in einer Solar-plus-Speicher-Umgebung nicht über das Netz aufgeladen werden können.

[3] Das untere und obere Ende der Spanne stellen die Sicherung eines PPA mit Wind- bzw. Solaranlage dar. Wir gehen davon aus, dass der gesamte Strom zusätzlich zu dem, was stündlich über diese PPAs verfügbar ist, mit der eGRID 2021-Emissionsrate ohne Grundlast emittiert, was die Emissionen wahrscheinlich überbewertet, wie wir weiter unten erläutern.

[4] Diese Ergebnisse erscheinen relativ unwahrscheinlich. Eine Zusätzlichkeitsanforderung lässt sich leicht umsetzen, wie weiter unten erläutert wird, und die meisten Regionen des Landes mit bestehender Wasserstoffnachfrage verfügen über durchschnittlichen oder überdurchschnittlich sauberen Strom. Wie oben erläutert, bedeutet der Mangel an neuer Nachfrage nach Wasserstoff in diesem Zeitraum, dass grüner Wasserstoff SMR-Wasserstoff weitgehend oder vollständig ersetzt. Beachten Sie, dass diese Schätzungen für jede Komponente einzeln gelten und nicht unbedingt additiv sind.

Diese unparteiische, unabhängige Forschung wurde mit Unterstützung von Breakthrough Energy durchgeführt. Die in diesem Bericht dargestellten Ergebnisse spiegeln die Ansichten der Autoren und nicht unbedingt die der unterstützenden Organisation wider.