In einer neuen Studie haben PSI-Forschende die Produktionskosten von 21 verschiedenen Technologien zur Herstellung klimafreundlicher Kraftstoffe weltweit verglichen. Ihre Analyse zeigt, dass standortspezifische Faktoren – sowohl die Verfügbarkeit von Ressourcen als auch die Finanzierungsbedingungen – entscheidend für den künftigen Erfolg einer Technologie sein werden.

Klimafreundliche Kraftstoffe – etwa Kraftstoffe aus Biomasse oder synthetische Kraftstoffe, die mithilfe von Power-to-X-Technologien aus erneuerbarem Strom hergestellt werden – verursachen deutlich weniger Treibhausgasemissionen als fossile Alternativen.

Diese Kraftstoffe gelten als entscheidend für das Erreichen der Klimaziele – insbesondere in sogenannten «schwer zu dekarbonisierenden» Sektoren wie der Luftfahrt, der Schifffahrt und bestimmten industriellen Prozessen. In diesen Bereichen stösst eine direkte Elektrifizierung aufgrund der erforderlichen hohen Energiedichte oder der sehr hohen Prozesstemperaturen häufig an technische Grenzen.

Wo und unter welchen Bedingungen diese Kraftstoffe am kosteneffizientesten produziert werden können, war bislang unklar. Frühere Studien konzentrierten sich meist auf einzelne Technologien oder Regionen, was globale Vergleiche erschwerte. In einer neuen Studie sind Zipeng Liu und seine Kollegen vom PSI-Labor für Energiesystemanalyse dieser Frage nun systematisch nachgegangen.

Das Team präsentiert eine umfassende techno-ökonomische Analyse von einundzwanzig Technologien zur Herstellung klimafreundlicher Kraftstoffe. Mithilfe eines harmonisierten und global konsistenten Bewertungsrahmens vergleichen die Forschenden die Produktionskosten über Länder hinweg und im Zeitverlauf – von 2024 bis 2050 – unter verschiedenen Szenarien.

Die Analyse bestätigt, dass sich keine einzelne Technologie weltweit durchsetzen wird. Stattdessen variieren die Kosten deutlich zwischen den Regionen und hängen von lokalen Ressourcen sowie den jeweiligen Finanzierungsbedingungen ab. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Energy and Environmental Science.

Geografische Faktoren und Finanzierungsbedingungen beeinflussen die Kosten

Für ihre Analyse berechneten die Forschenden die über die gesamte Lebensdauer gemittelten Produktionskosten der verschiedenen Kraftstoffe. «Wir haben die Investitionskosten für jede Technologie, die Betriebskosten, länderspezifische Arbeitskosten sowie die Kapitalkosten berücksichtigt», erklärt Liu. «Die Kapitalkosten hängen sowohl vom Länderrisiko – etwa der politischen und wirtschaftlichen Stabilität – als auch vom Reifegrad der jeweiligen Technologie ab.»

Liu ergänzt: «Geografische Faktoren spielen eine entscheidende Rolle. So haben etwa die Verfügbarkeit lokaler Energiequellen und die länderspezifischen Kapitalkosten einen erheblichen Einfluss auf die gesamten Produktionskosten.»

Ein Ergebnis der Studie ist ein Länderranking, das zeigt, welche Länder sich besonders gut für bestimmte Produktionspfade eignen und welche eher als Importländer infrage kommen. So sind blauer Wasserstoff – hergestellt aus Erdgas mit Kohlendioxidabscheidung – und türkiser Wasserstoff, der mittels Methanpyrolyse produziert wird, derzeit in gasreichen Regionen wie den USA, dem Nahen Osten und Zentralasien wirtschaftlich besonders attraktiv. Grüner Wasserstoff aus erneuerbarem Strom wird hingegen in Ländern mit reichlich erneuerbaren Ressourcen wie Kanada, Spanien oder Australien bis 2050 zunehmend wettbewerbsfähig.

Allerdings sei teils eine höhere räumliche Differenzierung erforderlich, erklärt Liu: «Wir haben auf nationaler Ebene gerechnet, aber innerhalb eines Landes können die Bedingungen stark variieren. In grossen Ländern wie China oder den USA können die Unterschiede auf regionaler Ebene erheblich sein.»

Neue Infrastruktur könnte europäische Produktion stärken

Auch die Transportkosten beeinflussen die Wirtschaftlichkeit klimafreundlicher Kraftstoffe. Für Europa berechnete Liu zunächst den Transport per Schiff nach Antwerpen und anschliessend den Weitertransport ins schweizerische Basel. Basel wurde gewählt, weil es im Zentrum Europas liegt und sich als Beispiel für unterschiedliche Transportwege wie Bahn, Lkw oder Pipeline eignet.

Die Analyse zeigt, dass ein europäisches Pipelinesystem die Wirtschaftlichkeit in Europa produzierter klimafreundlicher Kraftstoffe deutlich verbessern würde – etwa solcher aus Spanien mit seinen hohen Solarressourcen oder aus der windreichen Nordseeregion. Auch Regionen wie Nordafrika könnten über Pipelines angebunden werden und damit gegenüber weiter entfernten Produzenten, etwa in Australien oder Chile, Kostenvorteile erzielen.

Regionale Faktoren entscheiden

«Wir sehen keinen globalen Gewinner unter den Technologien», sagt Liu. «Welche Lösung wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt stark von regionalen Ressourcen und Finanzierungsbedingungen ab.»

Während grüner Wasserstoff von sinkenden Kosten erneuerbarer Energien profitiert und daher langfristig günstiger werden dürfte, kann türkiser Wasserstoff kurzfristig dort im Vorteil sein, wo Erdgas preiswert verfügbar ist. Auch Biokraftstoffe sind besonders wettbewerbsfähig, wenn ausreichend nachhaltig erzeugte Biomasse zur Verfügung steht. «Deshalb müssen politische Entscheidungsträger die lokalen Rahmenbedingungen berücksichtigen», ergänzt Liu.

Die PSI-Studie zielt darauf ab, die zukünftige technologische und wirtschaftliche Machbarkeit klimafreundlicher Kraftstoffe zu bewerten. Derzeit befinden sich viele dieser Technologien noch auf einem vergleichsweise niedrigen technologischen Reifegrad. Die Analysen helfen abzuschätzen, wann und für welche Produktionspfade diese Technologien wirtschaftlich tragfähig werden könnten – und liefern damit Hinweise darauf, wo Investitionen sinnvoll sind. Marktdynamiken, Zölle und detaillierte Umweltwirkungen waren nicht Gegenstand der Untersuchung und bleiben Thema weiterer Forschung.

Die Studie wurde im Rahmen des Forschungsprojekts «SHELTERED» durchgeführt, das vom Bundesamt für Energie (BFE) gefördert wird, sowie im Rahmen des Konsortiums reFuel.ch, das im SWEET-Programm des BFE unterstützt wird. Das Labor für Energiesystemanalysen ist Teil des PSI-Zentrums für Energie- und Umweltwissenschaften sowie des Zentrums für Nukleare Technologien und Wissenschaften.