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Dissertation, RWTH Aachen University, 2021; Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag, Schriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Energie & Umwelt = energy & environment 561, 1 Online-Ressource (viii, 186 Seiten) : Diagramme, Karten (2022). = Dissertation, RWTH Aachen University, 2021, Efforts to alleviate climate change and curb greenhouse gas (GHG) emissions increasingly anticipate the widespread use of hydrogen for transportation and industrial purposes. Given the increased focus on hydrogen infrastructure development, it is essential to devise measures capable of assessing and mapping strategic choices to guide the further development of the hydrogen market. The goal of this work is to investigate what infrastructure and demand-side strategies best facilitate hydrogen infrastructure development for the transportation and industrial sectors in Germany and thus enable the transition towards a cost-optimized system in the long term. To achieve these goals, a spatially-resolved model to represent relevant features of a hydrogen infrastructure is developed and populated with country-specific data on hydrogen demand allocation and energy infrastructure. The approach incorporates four different aspects of the transition to a hydrogen-based system: transformation of the hydrogen market, reconfiguration of hydrogen production and storage, the evolution of a delivery infrastructure and the changeover of refueling stations.It was found that gaseous (GH2) and liquid (LH2) hydrogen trailers, as well as utilization of the existing infrastructure, such as the use of aging wind power plants and the reassignment of natural gas pipelines, constitute the most attractive pathways for the introduction of a hydrogen infrastructure. A high concentration of supply is favored by LH2 delivery, whereas GH2 pathways benefit from growing demand concentration in industrial and population centers. Accordingly, GH2 pipeline and trailer delivery should be the main focus of infrastructure development, while LH2 transport is better used as a supplementary alternative to optimize the utilization of the existing LH2 infrastructure and seaborne imports.It was shown that cost-competitive hydrogen delivery for transportation could be attained by 2030, and broad market adoption of hydrogen in transport is required if cost-competitive hydrogen delivery for industry is to be achieved., Published by Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag, Jülich

Ziel der bundesdeutschen Klimapolitik ist es, bis zum Jahr 2050 die Treibhausgasemissionen um mindestens 95% gegenüber 1990 zu reduzieren und somit weitestgehend Treibhausgasneutralität zu erreichen. Für das Erreichen einer treibhausgasneutralen Energieversorgung ist der Einsatz von Wasserstoff ein elementarer Baustein. Auf nationaler Ebene wurde von der Bundesregierung eine Wasserstoffstrategie formuliert, mit der die notwendigen technischen und ökonomischen Entwicklungen vorangetrieben werden. Schon heute verfügt das Land Nordrhein-Westfalen über eine funktionierende Wasserstoffinfrastruktur, mit der die industrielle Wasserstoffnachfrage bedient wird. Darüber hinaus wurden von der Landesregierung in Nordrhein-Westfalen bereits Initiativen und Projekte gestartet, welche die gesamte Wasserstoffversorgungskette in den Blick nehmen. Wie ein zukunftsweisendes Wasserstoffsystem für NRW ausgestaltet und etabliert werden kann sowie welche konkreten Handlungsfelder sich daraus ableiten lassen, sind wichtige Fragen, die es zeitnah zu beantworten gilt. Vor diesem Hintergrund beauftragte das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen(MWIDE) das Forschungszentrum Jülich mit der Durchführung einer wissenschaftlichen Begleitstudie als eine der Entscheidungsgrundlagen für die Formulierung einer landeseigenen Roadmap Wasserstoff. Folgende Leitfragen standen hierbei im Fokus:$\bullet$ Welche Rolle spielt das Land Nordrhein-Westfalen in einem zukünftigen klimaneutralen Energieversorgungssystem in Deutschland? $\bullet$ Welche Transformationspfade und Handlungsfelder lassen sich für das Land NRW identifizieren, um die gesetzten Treibhausgasreduktionsziele zu erreichen? Welche No-Regret-Maßnahmen lassen sich identifizieren? $\bullet$ Welche Wasserstofferzeugungen und –nachfragen lassen sich für NRW identifizieren und quantifizieren? Wie muss eine adäquate Wasserstoffinfrastruktur ausgestaltet werden? $\bullet$ Welche Bedeutung besitzen innerdeutsche Wasserstofftransporte und internationale Wasserstoffimporte für eine Wasserstoffversorgung in NRW? [...]

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Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um 80 bis 95 % gegenüber dem Emissionsniveau von 1990 zu reduzieren. Die hierfür festgelegten Treibhausgasreduktionspfade werden durch eine Vielzahl von weiteren zum Teil sehr detaillierten Zielsetzungen (z. B. Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung) flankiert, die von der Bundesregierung als notwendig gesehen werden, um die übergeordneten Treibhausgasreduktionsziele zu erreichen. Dieser Zielekanon wurde im Laufe der letzten Dekade sukzessive entwickelt und erweitert. Viele vorliegende Studien, in denen Transformationspfade vorgeschlagen werden, integrieren diesen Zielkanon durch exogene Annahmen und schränken damit das Technikportfolio ein. Dies widerspricht einem Lösungsansatz, der sich vor allem durch Technologieoffenheit auszeichnen sollte. Die Frage, ob es sich bei den vorgeschlagenen Transformationspfaden um kostenoptimale Strategien handelt, bleibt in aller Regel unbeantwortet. Ziel der vorliegenden Studie ist es daher, die kosteneffizientesten CO$_{2}$-Minderungsstrategien zur Erreichung der Klimaschutzziele Deutschlands bis zum Jahr 2050 zu identifizieren [...]

The technological lock-in of the transportation and industrial sector can be largely attributed to the limited availability of alternative fuel infrastructures. Herein, a countrywide supply chain analysis of Germany, spanning until 2050, is applied to investigate promising infrastructure development pathways and associated hydrogen distribution costs for each analyzed hydrogen market. Analyzed supply chain pathways include seasonal storage to balance fluctuating renewable power generation with necessary purification, as well as trailer- and pipeline-based hydrogen delivery. The analysis encompasses green hydrogen feedstock in the chemical industry and fuel cell-based mobility applications, such as local buses, non-electrified regional trains, material handling vehicles, and trucks, as well as passenger cars.Our results indicate that the utilization of low-cost, long-term storage and improved refueling station utilization have the highest impact during the market introduction phase. We find that public transport and captive fleets offer a cost-efficient countrywide renewable hydrogen supply roll-out option. Furthermore, we show that, at comparable effective carbon tax resulting from the current energy tax rates in Germany, hydrogen is cost-competitive in the transportation sector by the year 2025. Furthermore, we show that sector-specific CO2 taxes are required to provide cost-competitive green hydrogen supply in both the transportation and industrial sectors.