Dieser Artikel enthält die Zusammenfassung des Whitepapers von Kraftblock. Das Whitepaper kann per E-Mail an cedric@kraftblock.com mit dem Betreff „Whitepaper“ angefordert werden.

Vergleich von Wasserstoff, Batteriespeichern, direkter Elektrifizierung und thermischen Energiespeichern

Einer der wichtigsten Hebel auf dem Weg zur Netto-Null ist der Ersatz fossiler Brennstoffe in der Industrie. Je nach Branche macht Prozesswärme bis zu 70 % des industriellen Energieverbrauchs und mehr als ein Viertel der weltweiten Emissionen aus – in etwa so viel wie die Emissionen Chinas und der EU zusammen. Dieser zentrale Hebel wurde lange übersehen und rückt nun in den Fokus, da Dekarbonisierungsziele verfehlt werden.

Wie fossile Brennstoffe insbesondere in der Schwerindustrie ersetzt werden können, ist nach wie vor schwierig, da Pilotprojekte selten sind. Trotz jahrelanger Planung für Projekte mit grünem Wasserstoff wird dieser praktisch nicht eingesetzt. Angesichts immer günstigeren erneuerbaren Stroms und stark wachsender Wind- und Solarkapazitäten stehen heute Elektrifizierungslösungen im Mittelpunkt. Zudem sind Technologien wie thermische Energiespeicherung (TES) und Batterien so weit gereift, dass sie kommerziell in der Industrie einsetzbar sind. Obwohl ein spezifisches Projekt wesentlich mehr Einflussfaktoren umfasst, als ein übergreifender Vergleich abbilden kann, steht mittlerweile ausreichend Wissen zur Verfügung, um Orientierung zu geben und darzulegen, welches Potenzial unterschiedliche Technologien für die Dekarbonisierung industrieller Prozesse haben.

Für diesen Vergleich berücksichtigen wir häufig diskutierte Technologien. Zur direkten Elektrifizierung zählen u. a. Induktionsöfen und elektrische Kessel. Für flexible Elektrifizierung wurden thermische Energiespeicher plus Power-to-Heat sowie Batteriespeicher plus Power-to-Heat analysiert. Weniger skalierbar, aber oft diskutiert, sind biogene Brennstoffe und grüner Wasserstoff. Zu beachten ist, dass Wärmepumpen für sehr niedrige Prozesstemperaturen eine praktikable und kostengünstige Lösung sind, jedoch auf etwa 150–170 °C begrenzt. Da CCS noch keine kommerziell tragfähige Lösung darstellt, wurde es nicht berücksichtigt. Im Whitepaper finden sich jedoch Daten, die teilweise Vergleiche enthalten.

Die Wahl der besten Lösung zur Dekarbonisierung von Prozesswärme hängt stark von den Kosten ab: ausschlaggebend sind vor allem die OPEX, weniger die CAPEX, wie Beispiele aus den analysierten und den fossilen Technologien zeigen. Da Strom – mit Ausnahme der Bioenergie – der primäre Energieträger ist, wird der Strompreis zum wichtigsten Kostentreiber. Zudem verschafft Flexibilität in der Strombeschaffung durch Speicher deutliche OPEX-Vorteile, mit Einsparungen von bis zu ca. 15 % gegenüber direkter Elektrifizierung (Details im Whitepaper).

Batterien, die sich bei Netzdiensten schnell amortisieren, weisen höhere CAPEX auf als thermische Energiespeicher, die – wie bei Kraftblock – Abfallprodukte als Speichermaterial nutzen können. Wegen Alterung und notwendigem Austausch nach etwa zehn Jahren wird im Vergleich zu thermischen Energiespeichern, die doppelt so viele Zyklen absolvieren können, die doppelte Anzahl an Batterien benötigt. E-Boiler mit Batterien können jedoch ein guter Anwendungsfall für Mitteltemperatur-Anwendungen mit Leistungen unter 1 MW sein. Induktionsöfen sind zwar auf leitfähige Materialien beschränkt, werden jedoch bei energieintensiven Prozessen über 1000 °C eine zentrale Rolle einnehmen.

Rohstoffe und Lieferketten sind entscheidend für die Kostenentwicklung. Elektrifizierungstechnologien wie Widerstandsheizungen (Power-to-Heat), E-Boiler oder Induktionsöfen benötigen zwar viel Metall, setzen aber überwiegend auf nicht-kritische Rohstoffe mit etablierter Lieferkette. Bei kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien ist Lithium kritisch. Trotz jüngster Preisrückgänge besteht für den künftigen Bedarf weiterhin eine Lücke zwischen Angebot und Nachfrage.

Wasserstoff verfügt bislang nicht über eine ausgereifte Produktions- und Verteilungskette. Nur 1 % des in der EU verwendeten Wasserstoffs ist grün, und die Produktionskapazitäten liegen deutlich hinter den EU-Zielen. Bioenergie benötigt große Flächen, konkurriert mit Nahrungsquellen und wird mit zunehmender Dürre kritischer. Die begrenzte Skalierbarkeit von Bioenergie und Wasserstoff macht beide Technologien für die meisten Branchen nicht zum tragfähigen Regelfall.

Der Vergleich zeigt: Flexible Lösungen mit skalierbaren grünen Energiequellen bieten erhebliche Vorteile – sie können Strom aus Stunden mit negativen Preisen besser nutzen und das Netz stabilisieren, während unflexible Lösungen unter höheren OPEX leiden. Die Kombination aus Elektrifizierung und kostengünstiger thermischer Energiespeicherung ist für die meisten Branchen der beste Anwendungsfall: von Lebensmittel-, Zellstoff- und Papierindustrie über Keramiktrocknung und Zinkprozesse bis hin zu Hochtemperaturprozessen in Chemie und Stahl. Dies wird in der detaillierten Betrachtung der Vergleichsaspekte noch deutlicher.

Wenn Sie mehr Details wünschen, schreiben Sie uns eine E-Mail an cedric@kraftblock.com mit dem Betreff „Whitepaper“, um das 20-seitige Dokument zu erhalten.

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