Russland im globalen Wasserstoff-Wettlauf

Gazprom

Weil die Nachfrage nach Erdgas in der EU wohl sinken wird, könnte der Export von CO₂-armem Was­serstoff, hergestellt aus Erd­gas, ein neues Geschäftsmodell für Gazprom sein. Der Konzern ist schon ein bedeutender Pro­duzent solchen »grauen« Wasserstoffs. Mit Dampf-Methan-Reformierung (SMR) erzeugt Gazprom rund 360 000 Tonnen pro Jahr. Bei diesem Prozess gelangen große Mengen CO₂ in die Atmosphäre. Das Unter­nehmen hat begonnen, bei der EU aktiv für einen tech­no­logieoffenen Ansatz für Wasser­stoff zu wer­ben, der sich auf die gesamten CO₂-Emis­sio­nen konzentriert, anstatt nur auf erneuerbaren Wasserstoff zu setzen.

Eine Herausforderung für Gazprom wird sein, skalierbare und wirtschaftliche Wege zu finden, um den CO₂-Fußabdruck seiner Wasserstoffproduktion zu reduzieren – sei es durch Abscheidung, Nutzung und Spei­che­rung von Kohlenstoff (CCUS) oder durch Methanpyrolyse. Gazprom kooperiert mit der Polytechnischen Uni­versität Tomsk bei der Weiterentwicklung der letztgenannten Technologie, doch bis zur Marktreife ist es noch ein langer Weg. International werden jedoch meh­rere Formen der Methan­pyrolyse entwickelt, zum Beispiel vom Karlsruher Institut für Techno­logie in Zu­sammenarbeit mit Wintershall Dea.

Oft wird argumentiert, Russlands riesiges, von Gazprom kontrolliertes Netz an Gas­pipelines verschaffe dem Land einen Vorteil als poten­tieller Wasserstoffexporteur. Im Oktober 2019 sagte James Watson, General­sekretär des europäischen Branchenverbands Eurogas, dass die Gaspipeline Nord Stream 2 nach ihrer Fer­tigstellung poten­tiell bis zu 80% Wasserstoff transportieren könne. Doch Ver­treter von Gazprom äußer­ten sich offen skeptisch über den Transport von Wasserstoff oder Wasserstoff-Methan-Gemischen durch ihre Gaspipelines. Laut dem Konzern wurden keine Studien durch­geführt, um festzustellen, in welchem Um­fang und zu welchen Kosten die Infrastruktur für den Transport von Wasserstoff genutzt werden könnte und welcher Anteil der Beimischung möglich ist, ohne eine Versprödung zu riskieren. Zwar schlug das Ministerium für wirtschaftliche Entwicklung im April 2021 vor, allen unabhängigen Wasserstoffproduzenten Zugang zum Gastransport­system zu gewähren. Dieser Vorschlag wird aber wohl auf heftigen Widerstand stoßen.

Stattdessen hat die Gazprom-Führung ihre klare Präferenz geäußert, Wasserstoff vor Ort in Europa in der Nähe großer indu­strieller Verbraucher zu erzeugen. Beim Deutsch-Russischen Rohstoff-Forum im Dezember 2020 schlug Alexander Ishkov von Gazprom vor, eine Wasserstoffproduktionsanlage in Norddeutschland zu bauen, an der Anlandungsstelle von Nord Stream 1 und Nord Stream 2, wo Wasserstoff aus rus­sischem Gas entweder mittels SMR mit CCUS oder Methanpyrolyse her­gestellt werden würde. Ende 2020 kündigte Gazprom die Gründung eines neuen Unter­nehmens (Gaz­prom Hydrogen) an, das für die Weiterentwicklung des Wasserstoffgeschäfts verant­wortlich sein wird. Nun muss Gazprom seinen Worten auch Taten folgen lassen.

Rosatom

Rosatoms Wasserstoff-Pläne genießen in Europa bisher nur wenig Aufmerksamkeit, obwohl das Unternehmen die Wasserstoff­entwicklung 2018 als Prio­rität in seine F&E-Politik aufgenommen hat und mehrere Pilotprojekte durchführt. Als staatlicher russischer Atomkonzern ist es an der gesam­ten Wasserstoff-Liefer­kette interessiert. In den nächsten Jahren will Rosatom Wasser­stofftechnologien anbieten und auch Elek­trolyseure, die Russland vorerst importiert, selbst produzieren. Im April 2021 unterzeichnete Rosatom eine Ver­einbarung mit dem fran­zösischen Stromgiganten Électri­ci­té de France (EDF) über die Zusammenarbeit bei CO₂-armen Wasserstoffprojekten in den Bereichen Verkehr und industrielle De­karbonisierung in Russ­land und Europa.

Rosatoms Vorschlag, H₂ mit Kernenergie zu erzeugen, baut auf der bisherigen jähr­lichen Herstellung von 4 200 Tonnen auf. Rosatom könnte den Auslastungsgrad seiner Kernkraftwerke erhöhen, von denen einige unter ihrer Kapazität arbeiten, zum Beispiel das Kernkraftwerk Kola im Gebiet Mur­mansk. Wichtig ist jedoch, dass Rosa­tom Technologieoffenheit beibehält: Sein F&E-Programm umfasst ein breites Spek­trum an Methoden zur Wasserstofferzeugung, ein­schließlich Elektrolyse, SMR mit CCUS und gasgekühlte Hochtemperatur­reaktoren (HTGR). Rosatom ist außerdem ein bedeutender Akteur auf dem russischen Windmarkt, verfügt über 360 MW Kapa­zi­täten zur Stromerzeugung und könnte damit zukünftig auch grünen Wasserstoff herstellen.

Gegenwärtig erstellt Rosatom Machbarkeits­studien für zwei H₂-Projekte auf der fernöst­lichen Insel Sachalin, die zum ersten Wasserstoff-Cluster in Russland werden soll. Das erste Projekt zum Einsatz von Was­ser­stoff im Schienenverkehr wird in Zusam­menarbeit mit den Russischen Eisenbahnen (RZD), Transmashholding (einer Maschinen­bauholding) und der Regionalregierung der Oblast Sachalin durchgeführt. Bis 2025 sol­len sieben Vorort-Wasserstoffzüge in Betrieb genommen werden, bis 2030 dann 13 wei­tere. Rosatom soll hierfür Wasserstoff pro­duzieren und eine Infrastruktur für die Wasserstoffbetankung auf der Insel schaf­fen. Das zweite Projekt hat zum Ziel, CO₂-armen Wasserstoff nach Japan zu exportieren. Im September 2019 unterzeichnete Rusatom Overseas, eine Tochtergesellschaft von Rosatom, ein Kooperations­abkommen mit dem japanischen Minis­teri­um für Wirt­schaft, Handel und Indus­trie. Gegenstand des Abkommens ist eine Machbarkeits­studie zum Export von verflüssigtem Wasserstoff aus Russland nach Japan. Die Ergebnisse der Studie sollen bis Som­mer 2021 vorlie­gen. Zusätzlich einigte sich Rosatom im April 2021 mit dem füh­renden französischen Industriegasunter­neh­men Air Liquide und der Regionalregierung von Sachalin auf ein Memorandum of Understanding (MoU). Auch darin wurde eine Machbarkeitsstudie vereinbart, diesmal über die groß­technische Produktion (jähr­lich 30- bis 100 000 Tonnen) von blauem Wasserstoff, der erzeugt wird wie der graue, aber ohne das meiste CO₂ in die Atmosphäre gelangen zu lassen. Dies wäre das größte CO₂-arme Wasser­stoffproduktionsprojekt in Russland.

Novatek

Obwohl nicht explizit in der Wasserstoff-Roadmap erwähnt, hat Novatek, ein un­abhängiges Gasunternehmen und ein füh­render Hersteller von Flüssigerdgas (LNG), die Absicht signalisiert, sich an der Wasser­stoffentwicklung in Russland zu beteiligen. Im Januar 2021 unterzeichneten Novatek und der Energieversorger Uniper eine Ab­sichtserklärung über die Lieferung von blauem und grünem Wasser­stoff an Uni­pers Kraftwerke in Russland und Europa. Außerdem plant Novatek, etwa 2,2 Millio­nen Tonnen kohlenstoffarmes Ammoniak, der aktuell das wichtigste Derivat von Was­serstoff ist, in seinem LNG-Hafen Sabetta auf der sibi­rischen Halbinsel Jamal zu pro­duzieren. Darüber hinaus erwägt Novatek, seine ge­plante LNG-Anlage am Fluss Ob auf die Erzeugung sau­beren Ammoniaks umzu­stellen, das wie LNG per Tanker transportiert werden kann. So wäre Novatek nicht auf Gazproms Pipeline­system angewiesen.

H₂-Technologie-Cluster

Russlands Tradition bei der Wasserstoff­forschung reicht bis in die Sowjetzeit zu­rück. Mehrere Universitäten forschen an Was­ser­stofftechnologien, die von Energiespeichersystemen über wasserstoffbetriebene Droh­nen und Autos bis hin zu neuen Produktionsmethoden wie Methanpyrolyse reichen. Ein Großteil dieser F&E ist jedoch sehr spe­zialisiert und abgeschottet, der Marktreifegrad ist niedrig, und die Ver­marktung bleibt eine Herausforderung.

Im November 2020 schlossen sich, initi­iert von der Polytechnischen Universität Tomsk, sechs renommierte technische Uni­versitäten in Russland zusammen, um das sogenannte Technological Hydrogen Valley zu gründen. Dieses Forschungs­cluster soll Synergien in der Forschung schaffen und Kooperationen mit wich­tigen Wirtschaftsakteuren aufbauen, darunter Rosatom, Gazprom, Severstal, Gazprom Neft und Sibur. Auch will das Kon­sortium die inter­nationale Zusammenarbeit ausweiten.

AFK Sistema, ein führender Privatinve­stor in der russischen Wirtschaft, möchte gemeinsam mit dem Institut für Probleme der chemischen Physik in Tschernogolowka dort ein gesamt­russisches Wissenschafts- und Tech­nologiezentrum für H₂ gründen. Es würde eine Produktionsstätte für die Entwicklung von Produktprototypen (ein­schließlich H₂-Brennstoffzellen und H₂-Speicherlösungen) umfassen und damit auf die Kommerzialisierung der Wasserstoff­forschung in Russland hin­arbeiten.

Regionale Wasserstoff-Cluster

Das EnergyNet-Expertenzentrum hat vor­ge­schlagen, drei regionale H₂-Cluster in Russ­land zu schaffen: im Fernen Osten (Sacha­lin), im Nordwesten (St. Peters­burg) und in der Arktis.

Das Sachalin-Cluster ist am weitesten fort­geschritten. Im April 2021 unterzeichneten Rosatom, die Regierung Sachalins und das russische Föderale Ministerium für die Ent­wicklung des Fernen Ostens und der Arktis eine offizielle Kooperationsvereinbarung. Sachalin, deren Gouverneur Valery Lima­renko hochrangige Positionen bei Rosatom innehatte, soll Standort für Ros­atoms Pro­jekte werden, zum Beispiel die Erkundung des Exports von verflüssigtem Wasserstoff nach Japan. Mit ihm sollen bis 2030 maxi­mal 40% des japanischen Bedarfs gedeckt und auch andere asiatisch-pazi­fische Länder versorgt werden. Auf Sachalin könnte die Verwendung von Wasserstoff und Wasserstoff-Methan-Gemischen getes­tet werden, etwa bei der schweren Bergbauausrüstung und beim Personentransport. Künftig könn­te Sachalin auch grünen Wasserstoff aus Wind­energie produzieren. Schließlich ist Sachalin die erste russische Region, die CO₂-Neutralität anstrebt (bis 2025). Sie wurde als Testgebiet für CO₂-Handelsmechanismen ausgewählt, die in den kommenden Jahren in Russland eingeführt werden könnten.

Das nordwestliche Cluster in St. Petersburg wird auf den Export von Wasserstoff ausgerichtet sein, der durch Elektrolyse im Wasserkraftwerk Leningradskaya erzeugt wird, aber auch auf den Einsatz von Wasser­stoff zur Dekarbonisierung bestimmter industrieller Prozesse und des Transports. Dazu gehören die Direktreduktion von Eisenerz in der Stahlindustrie, der Einsatz von H₂ in der Zementproduktion und die Verwendung von Methan-Wasserstoff-Gemischen für Fahrzeuge.

Das Arktis-Cluster soll das Potential der Wasserstoffnutzung zur Energiespeicherung in abgelegenen und isolierten Gebie­ten ausloten. Ein großer Teil des dünn besie­delten arktischen Gebiets ist vom natio­nalen Stromnetz isoliert und wird mit ex­trem teurem, umweltschädlichem Diesel ver­sorgt. Diese Region würde am unmittelbar­sten vom Wechsel zu sauberer Energie pro­fitieren. Jakutien hat mehrere Hybridkraft­werke (Diesel plus erneuerbare Ener­gien) installiert und arbeitet nun an einem Pilot­projekt mit der Moskauer Technischen Uni­versität Bauman, um erneuerbaren Wasser­stoff zur Energiespeicherung zu nutzen. Als weiteres Pilotprojekt ist die kohlenstofffreie internationale arktische Forschungsstation Snezhinka (Schneeflocke) vorgesehen. Sie soll 2023 eröffnet werden und wasserstoffbasierte Lösungen für die Energiespeicherung und den Transport er­forschen.

H₂ in der Industrie

Wegen der fehlenden nationalen CO₂-Regu­lierung hat sich die Idee, sauberen Wasser­stoff zur Dekarbonisierung der Industrie zu verwenden, in Russland noch nicht durch­gesetzt. Der zurzeit diskutierte Gesetzesent­wurf zur Begrenzung von Treibhausgasemissionen wurde durch den Druck von Indu­striekonzernen zahnlos gemacht: Er sieht nur die freiwillige Bericht­erstattung großer Emittenten über CO₂-Emissionen vor und enthält keine restriktiven Maßnahmen.

Dennoch wird sich die Verschärfung der internationalen Klimapolitik auf Russlands exportorientierte Firmen auswirken. Einige von ihnen, vor allem in der Metall­industrie, beginnen Schritte zu un­ter­nehmen, um ihren CO₂-Fußabdruck zu reduzieren. Der russische Aluminiumgigant Rusal hat »Allow« eingeführt, seine eigene Marke von »grünem Aluminium« mit einem Kohlenstoff-Fußabdruck von weniger als 4 Tonnen CO₂ pro Tonne. Es wird mit Energie aus großen sibirischen Wasserkraftwerken her­gestellt. Die Nachfrage dürfte in den kom­menden Jahren steigen. Ein weiteres viel­versprechendes Beispiel ist der Stahlproduzent NLMK, der mit Air Liquide zusammen­arbeitet, um seine Wasserstoffanlagen zu entwickeln und den CO2-Fuß­abdruck seines Stahls zu verringern. Im Januar 2021 unter­zeichnete NLMK außerdem eine Absichts­erklärung mit Novatek, bei kohlenstoff­armen Technologien, CCUS und der Nutzung von Was­serstoff als sauberem Brennstoff in indus­triellen Prozessen zu kooperieren.

Russische Firmen verfolgen auf­merksam die Entwicklungen rund um den Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM) der EU, der darauf abzielt, CO₂-Importzölle zu erheben, um unfairen Wettbewerb zu ver­hindern. In Russland wird er weithin als eine der größten Bedrohungen für seine CO₂-inten­sive Wirtschaft angesehen. Laut einer oft zitierten Prognose der Wirt­schafts­prü­fungs­gesellschaft KPMG wird Russland durch den Mechanismus bis zum Jahr 2030 bis zu 50,6 Milliarden Euro verlieren. Sobald seine end­gültige Ausgestaltung feststeht, werden russische Firmen der Chemie-, Metall- und Petrochemieindustrie sich ver­stärkt bemü­hen, den CO₂-Fußabdruck ihrer Produkte zu reduzieren. Wasserstoff könnte eine der Lösungen dabei werden, neben er­neuer­baren Energien, CCUS und Investitionen in Wäl­der als Kohlenstoffsenken. Dies könnte Firmen aus Deutschland und der EU die Chance eröffnen, Russland mit Techno­logien und Know-how bei der industriellen Dekarbonisierung zu unterstützen.

H₂ im Transport

Der Verkehrssektor wird aus mehreren Gründen zur ersten Nische der Wasserstofftechnologie werden: Es gibt aufstrebende russische Technologieanbieter, konkrete Pilotprojekte (wie den Sachalin-Wasserstoff­zug) und ein Interesse bei In­vestoren. Zu­dem existiert ein Vorzeigeprojekt, die wasser­stoff­betriebene Straßenbahn in St. Peters­burg, die das Staatliche Forschungs­zentrum Kry­lov 2020 entwickelte. Auch Präsident Putin hat jüngst die Bedeutung des öffent­lichen Nahverkehrs auf Wasserstoffbasis be­tont und dazu aufgerufen, bis 2023 die Produk­tion von Wasserstoffbussen zu starten.

InEnergy, ein 2015 gegründetes Start-up, ist Russlands fortschrittlichstes Unternehmen bei Wasserstofftechnologien wie Brenn­stoffzellen und Energiespeicherlösungen. Es erhielt eine Finanzierung von der Russian Venture Company und arbeitet eng mit dem Institut für Probleme der chemischen Phy­sik zu­sammen. InEnergy koope­riert mit dem russischen Lkw-Hersteller KAMAZ, um Prototypen von Wasserstoffbussen zu ent­wickeln. Einer davon soll im Herbst vorge­stellt werden. KAMAZ, das be­reits Lithium-Ionen-Elektrobusse baut, hat wasserstoff­betriebene Busse und Lkw in sein F&E-Pro­gramm aufgenommen.

Zudem hat die wohlhabende Moskauer Stadtverkehrsbehörde, die viel in eine elek­trische Busflotte investiert, Inter­esse an Wasserstoffbussen gezeigt. Ros­atom und Transmashholding, die ein Joint Venture zur Förderung von Wasserstoff-Mobilitäts­lösungen planen, hoffen darauf, an der Um­setzung dieser Vision mitwirken zu können.

Schwierig bleibt jedoch, eine Infrastruktur für die Wasserstoffbetankung zu schaf­fen. Heute gibt es in Russland nur eine einzige H₂-Tankstelle, in Tschernogolowka. Eine posi­tive Initiative ist die ge­plante Auto­bahnstrecke Moskau-Kasan, die mit Wasser­stofftankstellen ausgerüstet werden soll.

Dennoch bleibt der Wettbewerb zwischen den Technologien ein Problem. Ande­re Formen der Mobilität sind besser sichtbar und großzügiger finanziert. Eine davon ist das staatliche Programm zur Förderung von Erdgas als Kraftstoff für Fahrzeuge. Es wird von der Gazprom-Tochter Gazprom Gazo­motornoye Toplivo betrieben.