#876716

IEA H2 TCP 41 IEA „Hydrogen TCP“ Task 41: Daten und Modellierung

Eine Abschätzung der zukünftigen Bedeutung von Wasserstoff ist aufgrund der Wechselwirkungen und Zusammenhänge nur gesamthaft möglich und bedarf geeigneter Energiemodelle. Hier wurde international Handlungsbedarf festgestellt, da die zahlreichen komplexen Umwandlungsketten oft nur unzureichend abgebildet werden oder die hinterlegten Parameter mit größeren Unsicherheiten behaftet sind. Der Task 41 des IEA Technology Collaboration Programmemit dem inhaltlichen Schwerpunkt auf Daten und Modellierungen zu Wasserstoff im Energiesystem wird diese Problemstellungen adressieren.

Ausgangssituation

Wasserstoff wird schon seit mehr als 200 Jahren im Energiesystem eingesetzt, spielt aber darin eine immer noch vergleichsweise bescheidene Rolle. Die Hauptanwendungen liegen derzeit in industriellen Prozessen, und die Erzeugung von Wasserstoff basiert aktuell auf fossilen Energieträgern und ist damit sehr CO2-intensiv.
Grundsätzlich kann jedoch Wasserstoff auch mithilfe von erneuerbaren Energieträgern über die Elektrolyse von Wasser praktisch CO2-neutral erzeugt werden, und in verschiedenen Formen transportiert und gespeichert, in andere Sekundärenergieträger umgewandelt und sowohl energetisch als auch stofflich genutzt werden. Für die energetische Nutzung steht eine Vielzahl von etablierten und in Entwicklung befindlichen Technologien zur Verfügung.
Die zukünftige Rolle von Wasserstoff steht aktuell im energiepolitischen Fokus. Es mangelt jedoch international an (Energie-)Modellen, die die Möglichkeit von Wasserstoff in einer Vielzahl von Umwandlungsketten und Anwendungen darstellen können. Herkömmliche Modelle betrachten oft nur einen Teilbereich des Energiesystems und vernachlässigen dadurch die weitreichenden Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Akteuren und Teilbereichen. Dies stellt einen Schwachpunkt dar, denn Wasserstoff wird in Konkurrenz zu anderen Sekundärenergieträgern stehen – und sollte sich Wasserstoff breiter etablieren, werden sich einige Sektoren im Wettbewerb um den Einsatz von Wasserstoff wiederfinden. Auch die Erzeugung von Wasserstoff ist im komplexen Zusammenhang des gesamten marktbasierten Umfelds zu betrachten. Gesamtenergiesystemmodelle bieten die Möglichkeit, diese Fragestellungen in ihrer Komplexität angemessen zu bearbeiten.
Diese Integration von Umwandlungsketten, die Wasserstoff enthalten, in getestete und etablierte Modelle ist grundsätzlich machbar. Um Synergien zu nutzen und vergleichbare, belastbare Ergebnisse zu erzielen, ist eine internationale Kooperation in diesem Zusammenhang von großem Vorteil.

Projektverlauf

Die Tätigkeiten im Rahmen des Projektes gliedern sich in 5 Subtasks.
In Subtask A werden die relevanten Parameter der Umwandlungsketten erfasst, verifiziert, plausibilisiert und dokumentiert. Österreich bringt hier neben zahlreichen Projekten der Vorzeigeregion Energie WIVA P&G das Fachwissen von ExpertInnen der Österreichischen Energieagentur (AEA) und des Energieinstituts an der Johannes Kepler Universität Linz (EI-JKU) ein.
Subtask B verbessert die Modellierung von Wasserstoff in Energiemodellen und unterstützt dabei, die unterschiedlichen Rahmenbedingungen und Ansätze der einzelnen Modelle und Länder detaillierter zu verstehen. Unter Verwendung des TIMES-Energiesystemmodells der AEA sowie der im Rahmen der in Subtask A erhobenen Daten werden Szenarien entwickelt, in denen die Auswirkungen von Wasserstoffumwandlungspfaden auf die Entwicklung des österreichischen Energiesystems sowie wesentliche klima- und energiepolitische Größen dargestellt werden können.
In Subtask C findet die Zusammenarbeit mit dem TCP ETSAP (Energy Technology Systems Analysis Program) und Modellierern im IEA-Sekretariat statt. Hier wird gemeinsam an Modellfragestellungen gearbeitet, Erfahrungen ausgetauscht und Daten für Parameter abgeglichen. In Subtask D werden ExpertInnen der Task 41 in Review-Prozessen Feedback zu Publikationen des IEA-Sekretariats geben.
Das im (sich in Vorbereitung befindlichen) Subtask E bearbeitete Life Cycle Sustainability Assessment (LSCA) umfasst eine ökologische Lebenzyklusanalyse (LCA), eine Lebenszykluskostenrechnung (LCC) sowie ein Social Life Cycle Assessment (SLCA). Die im Rahmen der Szenarienentwicklung erhobenen Daten und Ergebnisse dienen als Basis, um die Auswirkungen von Wasserstoffumwandlungs- und Anwendungspfaden im Hinblick auf klima- und energiepolitische Auswirkungen zu bewerten. Hierzu wird ein am Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz entwickeltes Modell eingesetzt.

Meilensteine

  1. Modellierung der Wertschöpfungsketten
  2. Review von IEA-Reports
  3. Stakeholder-Analyse
  4. STEEP-Analyse
  5. LCSA-Modellierung
  6. Workshops zu Modellierung der Wertschöpfungsketten, LCSA, sowie WIVA

"Der Hauptnutzen dieses Projektes ist es nun, die Qualität und die Vergleichbarkeit der Szenarien, die mit diesen Modellen hinsichtlich der Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff entwickelt werden, zu verbessern."

– Dr. Martin Baumann –

Ergebnisse

Das Hauptziel des vorgeschlagenen Projektes ist Förderung der internationalen Zusammenarbeit und Informationsaustausch zur Beseitigung von umweltbezogenen, institutionellen, technologischen und finanziellen Barrieren für den Einsatz von Wasserstoff und aus Wasserstoff gewonnenen Kohlenwasserstoffen in der Zukunft.
Ziel der österreichischen Beteiligung ist die verbesserte und quantifizierte Abschätzung von Wasserstoff(-technologien) in Szenarien zukünftiger Energiesysteme. Die zur Darstellung und Modellierung von Wasserstoffnutzungsketten in Modellen der TIMES/MARKAL-Familie notwendigen Daten sollen auf nationaler Ebene gesammelt und dokumentiert werden. Dabei wird großer Wert darauf gelegt, dass diese gesammelten Daten zum einen von den wesentlichen Technologieanbietern und Stakeholdern validiert und plausibilisiert werden, und zum anderen die Darstellung von Wasserstofftechnologien in den betrachteten Modellen in geeigneter Weise ermöglichen bzw. unterstützen. Diese Daten sollen dann auch über das IEA TCP bzw. ETSAP auf internationaler Ebene bereitgestellt werden.
Des Weiteren wird ein Austausch darüber stattfinden, in welcher Art und Weise Wasserstoff in den derzeitigen TIMES/MARKAL-Modellen in den Umwandlungsketten integriert ist. Dies bildet die Grundlage für eine Diskussion über die relevanten Aspekte, die bei der Modellierung von Wasserstoff in Energiesystemmodellen zu berücksichtigen sind, und über die angemessenen methodischen Ansätze zur Implementierung.
Darüber hinaus sollen über das IEA TCP hinaus ein Austausch und eine Kooperation mit ETSAP sowie dem Sekretariat der IEA in Paris in Form von Datenbereitstellung und dem Review von Publikationen stattfinden.
Aufbauend auf diesem strukturierten Austausch auf internationaler Ebene werden folgende Ergebnisse erwartet:
• besseres Verständnis der Modelle anderer Partner (national, IEA)
• umfassende Abbildung von Wasserstoff in Energiemodellen
• verifizierte und breit eingesetzte Parameter in Modellen, die die Ergebnisse sowohl besser vergleichbar als auch plausibler machen
Die Datensammlung und die Teilnahme an den internationalen Workshops stellt eine Möglichkeit dar, österreichische Projekte, Forschungsorganisationen und Unternehmen international noch besser bekannt zu machen und Erfahrungen aus anderen Regionen für die österreichische Energiesystemmodellierung und Wasserstoff-Projektlandschaft bereitzustellen.

Steckbrief