Wasserstoff in der Landwirtschaft – Ein Energieselbstversorgungskonzept eines landwirtschaftlichen Betriebes

Eine Technologieanalyse, zeigt, dass der Einsatz von Biodiesel (B100) als alternativer Kraftstoff kurzfristig deutliche Vorteile hinsichtlich der Praxistauglichkeit und Maschinenkompatibilität bietet. Ein gravierender Nachteil offenbart sich jedoch bei der ökologischen Betrachtung der Herstellungskette: Der Einsatz von Düngemitteln bei der Kultivierung der Energiepflanzen verursacht zusätzliche Treibhausgas- und Schadstoffemissionen in der Prozesskette, welche die Klimabilanz des Kraftstoffs belasten [6].

Demgegenüber ermöglicht der Antrieb mit grünem Wasserstoff eine CO₂-freie Energiewandlung [7]. Bei der Wahl des Antriebssystems weisen Brennstoffzellen (FCEV) jedoch erhebliche Probleme bei den operativen Anforderungen der Landwirtschaft auf, wie hohe Staubbelastungen und starke Vibrationen [4], [8]. Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor (H2-ICE) erfüllt diese Anforderungen als robuste Alternative deutlich besser und ermöglicht zudem kurze Betankungszeiten [7], [9]. Generell weisen Wasserstofftechnologien jedoch ein signifikantes Infrastrukturdefizit auf. Landwirtschaftlich geprägte Regionen werden nicht an das geplante Wasserstoff-Kernnetz angebunden sein [10]. Gelingt es jedoch, diese infrastrukturellen Hürden zu lösen, wird der Energieträger Wasserstoff aufgrund seiner Eigenschaften operativ stark konkurrenzfähig zum etablierten Dieselantrieb.

In Variante 2 wird die Autarkie hinsichtlich der Stromversorgung reduziert. Durch eine Erhöhung der Elektrolyseurleistung und Photovoltaikfläche bei gleichzeitiger Verkleinerung des Wasserstoffspeichers muss temporär externer Netzstrom bezogen werden, um den Elektrolyseur auszulasten. Das Netz agiert somit als Puffer zur saisonalen Angleichung an die Bedarfe, während in Summe die Strombilanz positiv bleibt. Die Investitionskosten sinken folglich leicht auf 719.200 €. Zwar werden durch die größere PV-Anlage im Sommer hohe Einspeiseerlöse generiert, jedoch führt diese Auslegung aufgrund häufigerer Elektrolyseur-Stillstände im Winter zu einem starken Rückgang der Eigendeckungsquote im Wärmesektor auf lediglich 40,1 %.

In Variante 3 wird die Autarkie hinsichtlich der Wasserstoffversorgung variiert. Die Dimensionierung von PV-Anlage, Elektrolyseur und Wasserstoffspeicher wird verkleinert. Die daraus resultierende Deckungslücke im extremen Erntefenster wird durch einen einmaligen Zukauf von externem Wasserstoff in Höhe von 450 kg geschlossen.

Diese Unterdimensionierung in Variante 3 führt zu einer signifikanten Kostenreduktion. Die Investitionskosten sinken auf 598.000 € wodurch auch die Betriebskosten (OPEX) ein Minimum erreichen. 

Die Betrachtung des Cashflows quantifiziert die Kosteneinsparungen und Verkaufserlöse aus Überschussproduktion E. Zukäufe von Energie und Wartungskosten K werden negativ in den Cashflow einbezogen. 

Die folgende Tabelle zeigt, dass alle Varianten einen positiven Zahlungsfluss erzielen und der Cash-Flow Return on Investment (ROI), im Bereich von 2-3% liegen.