Modell fĂŒr eine fossilfreie Energiezukunft

Modell fĂŒr eine fossilfreie Energiezukunft

Seit einiger Zeit macht eine kleine Gemeinde in Nordfriesland energietechnologisch von sich reden, denn die energetische Versorgung des neuen WĂ€rmenetzes von BosbĂŒll ist alles andere als Standard. Durch ein Power-to-X-Konzept und eine dreifache Sektorenkopplung bleiben die Ü20-Wind- und Solaranlagen auch im Post-EEG-Betrieb rentabel, wĂ€hrend die WĂ€rmeversorgung der 250-Seelen-Gemeinde gesichert bleibt. Das nordfriesische Leuchtturmprojekt zeigt, wie grĂŒne Energiezukunft intelligent geschrieben werden kann.

Am 8. September 2021 hat die nordfriesische Gemeinde nahe der dĂ€nischen Grenze das erste Power-to-Heat-WĂ€rmenetz (PtH) Schleswig-Holsteins mit einem „WĂ€rmefest“ feierlich eröffnet. Doch schon vor der Einweihung profitierten die bereits angeschlossenen Haushalte und ein landwirtschaftliches Großunternehmen von dem neuen, 2.680 Meter langen FernwĂ€rmenetz.

Startpunkt war die Heizzentrale, die die Yados GmbH, die fĂŒr die technische Realisierung der PtH-Lösung und das Leitsystem verantwortlich zeichnet, konstruiert und in BosbĂŒll aufgestellt hat. Die in einer 60 Tonnen schweren Betonzelle untergebrachte Energiezentrale steht direkt neben dem ersten Abnehmer, einer Muttersauenzucht. In unmittelbarer NĂ€he der Energiezentrale hat auch eFarm seinen Sitz, an den das WĂ€rmenetzsystem sektorengekoppelt ist. In etwa einem Kilometer Entfernung erreicht das neu ausgebaute WĂ€rmenetz die 25 BosbĂŒller Haushalte, die in der ersten Bauphase angeschlossen wurden. Weitere private und gewerbliche Abnehmer sollen in einem zweiten Schritt folgen.

Vom Post-EEG-Betrieb zur energietechnologischen Blaupause

Zwei BĂŒrgerwind- und -solarparks liefern seit Jahren elektrische Energie fĂŒr die Gemeinde BosbĂŒll. Das hat ökonomische Vorteile zum einen fĂŒr die BĂŒrgerInnen, die an den Parks finanziell beteiligt sind, und zum anderen fĂŒr die Gemeinde selbst, die durch die Gewerbesteuereinnahmen zahlreiche neue Projekte finanzieren kann. So bleibt die Wertschöpfung in der Region und trĂ€gt zu deren ökonomischer StabilitĂ€t bei. Ende 2021 lief die EEG-Förderung fĂŒr zwei der Windenergieanlagen aus, weitere fallen in den kommenden Jahren aus dem Förderrahmen heraus. Auch der Solarpark verliert seine Bezuschussung Ende des Jahrzehnts. Doch mit dem Power-to-X-Projekt, das die Sektoren Stromerzeugung, WĂ€rmebereitstellung und Kraftstoffproduktion koppelt, bleiben die alternativen Energiequellen weiterhin wirtschaftlich, und die Gemeinde profitiert durch eine zukunftsweisende ökologische und ökonomische Versorgungslösung.

BAFA-Förderung – kompliziert, aber lohnend

Um den Förderantrag beim BAFA (Bundesamt fĂŒr Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) zu stellen, wurden die BosbĂŒll Energie GmbH und die BosbĂŒll Energie GbR gegrĂŒndet. Da die Gemeinde laut schleswig-holsteinischem Kommunalrecht nicht an einer GbR beteiligt sein darf und gleichzeitig Energieerzeuger und Energieverbraucher in einer Hand sein mĂŒssen, war die Kommune gezwungen, aus der eigentlich geplanten Teilhabe selbst auszusteigen. Nach langen, umfangreichen Planungsarbeiten konnte der Antrag fĂŒr das Förderprogramm „WĂ€rmenetzsysteme 4.0“ des BAFA schließlich gestellt werden, und das mit lohnendem Ergebnis: Von 1,9 Mio. Euro Aufwand sind 1,6 Mio. Euro förderfĂ€hig.

Verantwortlich fĂŒr die Konzeption, Planung und Umsetzung des Verbundprojekts ist die GP Joule GmbH. Die Zusammenarbeit mit Akteuren in der Gemeinde hat bereits 2009 begonnen, als das nordfriesische Unternehmen den Solarpark projektiert und gebaut hat. Seitdem ist es fĂŒr die technische BetriebsfĂŒhrung zustĂ€ndig. DarĂŒber hinaus ist GP Joule zusammen mit dem Windpark BosbĂŒll Gesellschafter der BosbĂŒll Energie GmbH und als Initiator fĂŒr das Wasserstoffprojekt eFarm zustĂ€ndig.

Mit Power-to-Heat ins WĂ€rmenetz

Das PtX-Projekt steht auf zwei SĂ€ulen: Zum einen sorgt eine ausgeklĂŒgelte Power-to-Heat-Lösung ĂŒber Luft-Wasser-WĂ€rmepumpen fĂŒr die WĂ€rmeversorgung via eigenes FernwĂ€rmenetz, und auf der anderen Seite produziert eine Power-to-Gas-Anlage Wasserstoff fĂŒr ein ĂŒberregionales H2-MobilitĂ€tskonzept.

Um den jĂ€hrlichen Bedarf der angeschlossenen Haushalte mit insgesamt rund 500 MWhtherm und des landwirtschaftlichen Großbetriebs mit etwa 600 MWhtherm zu decken, stehen in BosbĂŒll drei vorlaufgeregelte Luft-Wasser-WĂ€rmepumpen. Sie wandeln den regenerativ erzeugten Strom aus den BĂŒrgerenergieparks mit einer Gesamtleistung von 240 kW in WĂ€rmeenergie fĂŒr das WĂ€rmenetz um. Ein Elektroheizeinsatz mit einer Leistung von 750 kW ergĂ€nzt die thermische Energie, indem er in einem 14 Meter hohen und 84 Kubikmeter großen Speicher Wasser erhitzt. Auf diese Weise kann die Energie bis zu vier Wochen zwischengespeichert werden. In der Energiezentrale stehen darĂŒber hinaus ein Hoval-Max-3-Gasheizkessel zur Spitzenlastabdeckung sowie eine Hydraulikstation zur WĂ€rmeverteilung bereit.

Ist die Hydraulik im Fluss, ist die Anlage in Balance

Um das Maximum an Effizienz bezogen auf das gesamte thermische Energiesystem zu erreichen, mĂŒssen die beteiligten Erzeuger und Verbraucher aufeinander abgestimmt und möglichst nah an ihrem jeweiligen Wirkungsgradoptimum betrieben werden. HierfĂŒr ist die Hydraulikstation des in Hoyerswerda ansĂ€ssigen Unternehmens Yados zustĂ€ndig: Sie optimiert zum einen das Zusammenwirken von Energieerzeuger, WĂ€rmeerzeuger, WĂ€rmespeicher und WĂ€rmeverteiler. Zum anderen stellt die Hydraulikstation grundsĂ€tzlich sicher, dass thermische Energie zur geplanten Zeit in der gefragten Menge am richtigen Ort zur VerfĂŒgung steht – und das Ganze unter Verwendung möglichst geringer Antriebsenergie.

Außerdem bindet sie nicht nur den WĂ€rmespeicher so ins System ein, dass nur Lade- und Entladevolumenströme durch den Speicher fließen, sondern verbessert auch die Schichtung der Temperaturen. FĂŒr den bedarfsgerechten FernwĂ€rmenetzbetrieb sind niedrige RĂŒcklauftemperaturen maßgeblich. Sie beeinflussen nicht nur die Volumenströme, die ÜbertragungskapazitĂ€t und den elektrischen Pumpenaufwand, sondern minimieren auch gleichzeitig Strömungs- und WĂ€rmeverluste. Die Vorlauftemperatur liegt bei 70 bis 85 °C, wĂ€hrend die RĂŒcklauftemperatur etwa 50 bis 55 °C betrĂ€gt.

Smarte Anlagensteuerung

Ein weiterer wichtiger Punkt, um das hohe Effizienzpotenzial eines intelligenten Sektorenkopplungskonzepts vollumfĂ€nglich ausschöpfen zu können, ist eine gut abgestimmte Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR). Sie ĂŒbernimmt die komplexe Aufgabe der exakt aufeinander abgestimmten Systemintegration aller am Prozess beteiligten Komponenten. Die ostdeutschen WĂ€rmenetzspezialisten haben hierfĂŒr das Leit- und Kommunikationssystem YADO|LINK installiert. Um die wichtigsten Anlagenparameter direkt zu koordinieren, regelt und vernetzt das Steuersystem neben sĂ€mtlichen Anlagen der Energiezentrale auch die WĂ€rmeĂŒbergabestationen und ihre eingebauten DDC-Regler. Auf einem großflĂ€chigen und bedienerfreundlich eingerichteten 21,5-Zoll-Display können die ZustĂ€ndigen durch das Prinzip des Echtzeit-Monitorings alle anlagenrelevanten Daten und Informationen abrufen und einsehen: Temperaturen, DrĂŒcke, Störmeldungen usw. Um die Installation und die Inbetriebnahme der Steuertechnik so einfach wie möglich zu gestalten, lieferten die Ingenieure das Ganze in zwei kombinierbaren SchaltschrankgehĂ€usen fertig vormontiert und verdrahtet in BosbĂŒll an.

Sicherheit und Effizienzverbesserung durch MSR-Technologie

Die Leittechnik dient generell als Koordinationsinstrument aller dezentralen Erzeugungs-, Verteil- und Übergabeprozesse von WĂ€rmeenergie, Strom und KĂ€lte. Zu ihrer Aufgabe gehört es, den gesamten Anlagenbetrieb nach definierten Soll-Vorgaben zu realisieren. Hierzu erfasst ein automatisiertes Echtzeit-Monitoring alle relevanten Daten und wertet diese schließlich aus. Kommt es auf der Verbraucher- oder der Erzeugerseite zu Abweichungen, greift die Regelungsfunktion und passt den entsprechenden Betrieb der betroffenen Komponente an.

Vernetzte Sensoren, Aktoren und modulare Regelungseinheiten liefern dem Leitsystem die hierfĂŒr erforderlichen Informationen. Dabei wird eine Vielzahl komplexer Funktionsabfragen verarbeitet. Im akuten Bedarfsfall kann so automatisiert oder manuell regulierend in laufende Produktions-, Speicher- oder VerteilvorgĂ€nge eingegriffen werden. Diese BedarfsfĂ€lle treten nicht nur bei technischen Störungen, in Ausfallsituationen oder bei plötzlich verĂ€nderten Leistungsabfragen ein, auch die Ă€ußeren Bedingungen wie eine unvorhergesehene Hitzewelle oder ein spontaner Temperatursturz können dazu fĂŒhren.

Eine strategische Optimierung der AnlagenfĂŒhrung ist ebenfalls durch eine kontinuierliche Auswertung aller systemimmanenten Soll- und Ist-Werte möglich, indem sich aus den gesammelten Informationen wiederkehrende Trends oder auch langfristige Vorhersagen ableiten lassen. MSR-Systeme der neuesten Generation gelten als wichtige Stellschraube fĂŒr die weitere Effizienzverbesserung in der Energieversorgung.

DarĂŒber hinaus kann die Leittechnik zur Stabilisierung und zu einem höheren Komfort bei der WĂ€rmebereitstellung beitragen. Der PrimĂ€renergieeinsatz lĂ€sst sich durchschnittlich um acht bis zehn Prozent (in besonders nutzungsintensiven FĂ€llen auch um bis zu 30 Prozent) durch die systembasierte Überwachung und Steuerung der Anlagenfahrweise und durch die Ausregelung der RĂŒcklauftemperaturen per MSR-Technologie senken.

WĂ€rmeĂŒbergabestationen fĂŒr stabile NetzfĂŒhrung

Neben einer intelligenten ĂŒbergeordneten Anlagensteuerung sind fĂŒr den optimalen Betrieb eines FernwĂ€rmenetzes die WĂ€rmeĂŒbergabekomponenten von zentraler Bedeutung. In der kleinen nordfriesischen Gemeinde verbinden Smart-Home-fĂ€hige WĂ€rmeĂŒbergabestationen die GebĂ€udeheizungsanlagen der Verbraucherseite mit dem FernwĂ€rmenetz. Sie ĂŒbertragen als regulierende Verbindungseinheit, hydraulisch durch einen PlattenĂŒbertrager getrennt, das WĂ€rmemedium abhĂ€ngig von Bedarf, Temperatur und Druck. Eine in den Übergabestationen verbaute Direct-Digital-Control-Regelung (DDC) berechnet dabei die erforderlichen Vorlauftemperaturen unter Einbezug aller relevanten – externen und individuell definierten – Parameter wie WitterungsverhĂ€ltnisse oder Zeit- und Komfortvorgaben der Nutzer. In Planung sind weitere zusĂ€tzliche Anpassungen der Heizsysteme auf Seite der Verbraucher. DarĂŒber hinaus sorgen in der nordfriesischen Kommune maximal gedĂ€mmte Rohre dafĂŒr, die WĂ€rmeverluste im FernwĂ€rmenetz so niedrig wie möglich zu halten.

Mit Power-to-Gas auf die Straße

Die Energie der BĂŒrgerwind- und -solarparks dient neben dem Betrieb des FernwĂ€rmenetzes auch der Produktion von grĂŒnem Wasserstoff. Dieser ist unverzichtbar fĂŒr die langfristige Dekarbonisierung der Sektoren MobilitĂ€t, WĂ€rme und Industrie. Der in BosbĂŒll produzierte Wasserstoff wird zur Betankung von Wasserstofffahrzeugen genutzt.

Die Power-to-Heat-Anlage erhĂ€lt durch den Anschluss an das eFarm-Projekt die ideale ErgĂ€nzung durch ein Power-to-Gas- bzw. Power-to-Fuel-Konzept. Dieses nachhaltige H2-MobilitĂ€tsprojekt zielt auf eine modular erweiterbare Wasserstoffinfrastruktur im Kreisgebiet Nordfriesland. Von den dort mittlerweile installierten fĂŒnf Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyseuren (PEM) stehen zwei in BosbĂŒll. Die beiden generieren mit einer Gesamtleistung von 450 kW insgesamt tĂ€glich etwa 200 kg Wasserstoff aus dem regional erzeugten Solar- und Windstrom.

Dabei spaltet der Elektrolyseur mithilfe des elektrischen Stroms auf der Anodenseite seiner Elektroden destilliertes Wasser in Sauerstoff, freie Elektronen und positiv geladene H+-Ionen. Die H+-Ionen diffundieren durch die protonenleitende Membran auf die Kathodenseite, wo sie mit den Elektronen zu Wasserstoff werden.

Der Wirkungsgrad der Elektrolyseure in BosbĂŒll liegt bei bis zu 95 Prozent. Das liegt unter anderem auch daran, dass die AbwĂ€rme der H2-Erzeugung (etwa 100 MWhtherm) dem WĂ€rmenetz zugefĂŒhrt bzw. im WĂ€rmespeicher zwischengepuffert wird. Der grĂŒne Wasserstoff wird nach seiner Produktion an zwei H2-Tankstellen in NiebĂŒll und Husum transportiert. Eine Verdichtungsanlage sorgt fĂŒr die benötigten BetankungsdrĂŒcke von 350 bar fĂŒr Busbetankungen und andere Nutzfahrzeuge mit 350-bar-Tanks und 700 bar fĂŒr Pkw und leichte Nutzfahrzeuge.

Zwei im Rahmen des Projektes angeschaffte Brennstoffzellen-Busse des öffentlichen Personennahverkehrs nutzen die bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff freigesetzte Energie als Antriebsenergie. Dabei reicht eine TankfĂŒllung der Busse fĂŒr 400 Kilometer, was einem regulĂ€ren Betriebstag im Linienverkehr entspricht. Neben den beiden Linienbussen wurden auch 30 Pkw mit Brennstoffzellenantrieb im Projektvolumen verankert. Diese werden nach und nach an die neuen Besitzer ĂŒbergeben. Neu hinzugekommen ist eine Fahrschule aus dem Kreisgebiet, die nun statt zweier Dieselfahrzeuge zwei BZ-Fahrzeuge fĂŒr ihren Fahrunterricht nutzt. Bei den Pkw reicht eine TankfĂŒllung fĂŒr bis zu 600 Kilometer und kostet rund 60 Euro.

Gezielte Nutzung von Ausfallarbeit

Ein großes Problem der Erzeugung regenerativer Energie ist und bleibt es, Energien aus Sonne, Wind und Wasser in grĂ¶ĂŸeren Mengen und ĂŒber lĂ€ngere Zeit zu speichern. Durch volatile Leistungsspitzen und negative Residuallasten aus alternativen Energiequellen erhöht sich der Bedarf an Netz- und Systemsicherheitsmaßnahmen wie den Einsman-Schaltungen, die auch als Einspeisemanagement bezeichnet werden und in § 14 EEG 2021 geregelt sind. Die durch diese Zwangsabregelungen verloren gegangene Energie, die sogenannte Ausfallarbeit, erreichte in Deutschland im Jahr 2021 die enorme Summe von 6,1 TWhel.

Um dieses große Dekarbonisierungspotenzial zu nutzen, wandeln PtX-Projekte die ĂŒberschĂŒssige regenerative Energie in elektrische WĂ€rme bzw. thermische Last oder einen anderen EnergietrĂ€ger, wie in diesem Fall Wasserstoff, um. Auch das Energiekonzept von BosbĂŒll nutzt gezielt bevorzugt die ÜberschussertrĂ€ge aus den Wind- und Solarparks, die sonst zu einer Überlastung des Netzes und damit zu Abregelungen fĂŒhren wĂŒrden. So dient die ansonsten ĂŒberschĂŒssige Energie dazu, die BĂŒrgerInnen warm zu halten und fĂŒr ihre MobilitĂ€t zu sorgen.

Vielversprechende Energiezukunftsmusik

Und es geht noch weiter: Die Gemeinde BosbĂŒll ist aktuell dabei, fĂŒr dieses Jahr ein weiteres Baugebiet auszuweisen, in dem das neue regenerativ betriebene WĂ€rmenetz vorverlegt werden soll. Und aufgrund der aktuellen welt- und geopolitischen Entwicklungen hĂ€ufen sich bei Ingo Böhm, dem BĂŒrgermeister von BosbĂŒll, die Anfragen nach weiteren HaushaltsanschlĂŒssen an das neue WĂ€rmenetz. Auch der Bau einer weiteren FreiflĂ€chen-Photovoltaik-Anlage 2023 ist planmĂ€ĂŸig bereits in trockenen TĂŒchern. Die Energie der Anlage wird vor allem in die Wasserstoffproduktion fließen. DarĂŒber hinaus sollen in der nĂ€chsten Zeit zehn weitere wasserstoffbetriebene BZ-Busse des öffentlichen Personennahverkehrs angeschafft werden.

Das Modell BosbĂŒll ist ein Leuchtturmprojekt, das gerade in diesen Zeiten, in denen die schnellstmögliche Dekarbonisierung oberste PrioritĂ€t hat, als Blaupause fĂŒr die Energiekonzepte anderer Kommunen dienen kann. Allein durch die Power-to-Heat-Anlage konnte die nordfriesische Gemeinde 180.000 Liter Heizöl jĂ€hrlich einsparen. DarĂŒber hinaus haben lokale Energiebezugslösungen immer auch den Vorteil einer weitgehenden MarktunabhĂ€ngigkeit – und zwar nicht nur bezogen auf die Versorgungssicherheit, sondern auch auf den Schutz vor PreisvolatilitĂ€t. Und nicht zu vergessen: Die aus dem Projekt resultierende Wertschöpfung bleibt in der Kommune und kommt allen BĂŒrgern zugute.

Um die Effizienz solch gekoppelter regenerativer Energiesysteme auf einem hohen Niveau zu halten, spielen die QualitĂ€t des Gesamtsystems und das ĂŒber die Steuerungstechnologie gelenkte Zusammenspiel der einzelnen Komponenten eine enorme Rolle. Die Kombination aus regenerativ erzeugter elektrischer und thermischer Energie und smarten Speicher- und Verteilkonzepten ist sicherlich eines der Zugpferde, die zu einem schnellen Gelingen der Energiewende beitragen können.

Erstveröffentlichung des Artikels in der Zeitschrift bbr Leitungsbau|Brunnenbau|Geothermie.

Autor:Martin Gentner, YADOS GmbH, Hoyerswerda

Posener Regionalflughafen hebt mit Wasserstoff ab

Posener Regionalflughafen hebt mit Wasserstoff ab

Der geschĂ€ftsfĂŒhrende Direktor des Posener Regionalflughafens Ɓawica Marcin Drzycimski hat im Rahmen der diesjĂ€hrigen Wasserstoffmesse H2Poland in PoznaƄ bestĂ€tigt, dass der Flughafen in die Produktion und Distribution von Wasserstoff investieren will. Ziel ist, die Klimabilanz zu verbessern. „Der CO2-Fußabdruck wird immer relevanter, nicht nur fĂŒr den Flugverkehr, aber generell fĂŒr die gesamte Wirtschaft“, so Drzycimski.

Die Dekarbonisierung in Ɓawica begann vor einigen Jahren, als man die umfangreichen FlĂ€chen, die der Flughafen sein Eigen nennt, fĂŒr die Sonnenenergiegewinnung zur VerfĂŒgung stellte. Da PoznaƄ eine windarme Gegend ist, hat sich Ɓawica gegen den Bau von Windturbinen entschieden. Stattdessen sollen Biogasanlagen und Photovoltaik grĂŒne Energie liefern.

Der erste dieser Sonnenenergieparks wird dieses Jahr rund die HĂ€lfte des Strombedarfs des Airports decken können. Dabei sind erst sechs von insgesamt bis zu 50 ha mit Solaranlagen bestĂŒckt. In drei bis vier Jahren soll in Ɓawica ĂŒberschĂŒssige Sonnenenergie fĂŒr die Produktion von grĂŒnem Wasserstoff genutzt werden. Die fĂŒr die Wasserstoffgewinnung so elementare VerfĂŒgbarkeit von Wasser wird in Ɓawica dadurch gelöst, dass diese kostbare Ressource auf den Rollfeldern und der gesamten befestigten Infrastruktur des Flughafens eingesammelt und aufgefangen wird.

Ziel ist es, die erneuerbaren Energien sowie das Wasser direkt vor Ort zu haben und die Wasserstoffherstellung auch am Standort zu realisieren, um anschließend direkt am Flughafen Betankungsmöglichkeiten zu schaffen. Drzycimski möchte, dass Busse und Pkw direkt am Flughafen betankt werden können. DarĂŒber hinaus wird auch geprĂŒft, ob nicht auch synthetische Kraftstoffe am Flughafen in der Zukunft bereitgestellt werden könnten.

Strukturell soll ein Unternehmenspartner, das polnische Cargounternehmen Inpost, eine wichtige Rolle spielen. Inpost transportiert heute ein Großteil seiner Sendungen ĂŒber Ɓawica. Die Sendungen landen in den Paketstationen des Logistikers in Holland, Großbritannien oder auch Italien. Der wichtigste Markt von Inpost ist aber nach wie vor Polen, wo die Sendungen mit Lkw und Transportern weiterbefördert werden. Sebastian AnioƂ, der bei Inpost fĂŒr die Innovationen zustĂ€ndig ist, sagte, dass Inpost den Fuhrpark mit Brennstoffzellenfahrzeugen bestĂŒcken möchte. Der optimale Ort, um diese Fahrzeuge zu betanken, wĂ€re der Standort Ɓawica.

Autorin: Aleksandra Fedorska

Tschechien beschrĂ€nkt sich nicht auf grĂŒnen Wasserstoff

Tschechien beschrĂ€nkt sich nicht auf grĂŒnen Wasserstoff

Tschechien gehört in Mittelosteuropa nicht gerade zu den großen Förderern der Wasserstofftechnologie. Das Land zaudert noch mit dem Ausbau der Wind- und Sonnenenergie. Der Anteil von PV- und Windkraftanlagen an der gesamten Stromerzeugung in der Tschechischen Republik lag im vergangenen Jahr bei gerade einmal 3,7 Prozent. Damit liegt das Land weit hinter dem europĂ€ischen Durchschnitt zurĂŒck, der EU-weit bei rund 22 Prozent lag. Klimapolitisch wurde in den mehr als dreißig Jahren seit der politischen Wende in Tschechien dennoch viel erreicht. CO2-freie Energiequellen wie die Kernkraft und Wasserkraft sind fĂŒr rund 63 Prozent der Stromproduktion verantwortlich. Auf der anderen Seite bleibt der Anteil der Kohle mit 30 Prozent weiterhin hoch. Es sind aber auch gerade die ehemaligen Kohleabbaugebiete, die sich aktiv um Investitionen in die Wasserstoffwirtschaft bemĂŒhen. Sie verfĂŒgen nicht selten ĂŒber langjĂ€hrige Erfahrungen in der Wasserstoffproduktion, da sie bis heute große Industrie- und Chemiestandorte sind. Daher ist dort unter anderem qualifiziertes Personal mit einem breiten Branchen-Know-how vorhanden.

„Wasserstoff ist eine logische Lösung fĂŒr unsere Region, da die chemische Industrie, die eine Quelle fĂŒr Wasserstoff ist, stark vertreten ist. Deshalb wollen wir uns auf diesen EnergietrĂ€ger konzentrieren, um eine Wirtschaft aufzubauen, in der Wasserstoff produziert, verteilt und von den Endverbrauchern in unserer Region genutzt wird, zum Beispiel im Verkehr. Wir haben sicherlich das Potenzial, eine fĂŒhrende Rolle und eine treibende Kraft im Bereich Wasserstoff zu sein”, sagte Jan Schiller, Gouverneur der Region ÚstĂ­ nad Labem, den tschechischen Medien.

Dass Tschechien sich dabei nicht nur auf grĂŒnen Wasserstoff beschrĂ€nken kann, ergibt sich aus dem Energiemix des Landes, der auf den Ausbau der Kernkraft ausgerichtet ist. Tschechien, das bereits sechs Reaktorblöcke in Betrieb hat, plant den Bau mehrerer neuer konventioneller Reaktoren und mehrerer SMRs (Small Modular Reactor).

„Im Bereich der Wasserstofferzeugung wollen wir uns nicht nur auf die Erzeugung aus erneuerbaren Quellen konzentrieren, sondern auch auf die Nutzung anderer alternativer Optionen fĂŒr eine kohlenstoffarme Wasserstofferzeugung, wie zum Beispiel die Nutzung von Erdgas mit Abscheidung und Verarbeitung des dabei entstehenden CO2, die Pyrolyse/Plasmavergasung von organischen AbfĂ€llen und die Wasserstofferzeugung mit Strom und WĂ€rme aus Kernkraftwerken”, heißt es dazu in der tschechischen Wasserstoffstrategie, die am 27. Juli 2021 vom Ministerium fĂŒr Industrie und Handel veröffentlicht wurde.

Entwicklungspotentiale liegen auch bei der Verwendung von aus der Verbrennung von AbfĂ€llen resultierender elektrischer Energie, die fĂŒr die Wasserstoffproduktion verwendet wird. Seit Ende letzten Jahres ist das schwedische Unternehmen Plagazi (s. HZwei-Heft Okt. 2021) zusammen mit dem heimischen Abfallentsorgungsunternehmen PGP Terminal mit den entsprechenden Verfahren auch in Tschechien aktiv.

Ohne Importe geht es nicht

Die tschechische Regierung stellte jedoch im Rahmen der Wasserstoffstrategie fest, dass auch Tschechien, ebenso wie Deutschland, in Zukunft auf Wasserstoffimporte angewiesen sein wird. „Wir gehen davon aus, dass die Tschechische Republik in Zukunft Wasserstoff aus LĂ€ndern importieren muss, in denen die Bedingungen fĂŒr die Produktion von erneuerbarem Wasserstoff gĂŒnstiger sind, weil es dort mehr Sonne und Wind gibt. Die Infrastruktur muss fĂŒr den Import von Wasserstoff vorbereitet werden, und Wasserstoff könnte die derzeitigen Importe von Erdgas und Erdöl ersetzen. Die Tschechische Republik kann ein wichtiger Akteur auf dem Gebiet des Wasserstofftransports von SĂŒden nach Norden und von Osten nach Westen sein“, sagte der ehemalige Industrie- und Handelsminister Jozef SĂ­kela.

Verkehrs- und Industriewende mit Wasserstoff

In Tschechien fehlt es seit Jahren nicht an PlĂ€nen, die dem Klimaschutz dienen sollen. Der National Action Plan for Clean Mobility aus dem Jahr 2015 gehört zu den ersten Veröffentlichungen, in denen die tschechischen WasserstoffplĂ€ne formuliert wurden. Zum damaligen Zeitpunkt wurde der Bereich Verkehr als besonders geeignet angesehen, um H2-Technologien einzufĂŒhren. „Die tschechische Regierung strebt bis 2023 die Entstehung von sechs bis acht Wasserstoffbetankungsstationen an, bis 2025 soll es sogar 15 Stationen dieser Art geben“, hieß es im Report des Institute of Central Europe zum Thema Wasserstoff in Mittelosteuropa.

Der Bau von Wasserstofftankstellen sollte ursprĂŒnglich mit 350 Mio. Euro unterstĂŒtzt werden. Mit der Covid-19-Pandemie kamen die offiziellen tschechischen WasserstoffplĂ€ne jedoch ins Stocken. Das Thema Wasserstoff und die Verkehrswende blieben aber oben auf der tschechischen Agenda, was durch die AbsichtserklĂ€rung vom Dezember 2022 untermauert wurde. In dieser AbsichtserklĂ€rung haben sich Air Products und Alstom dazu verpflichtet, wasserstoffbetriebene Verkehrsmittel mit der erforderlichen Schieneninfrastruktur in der Tschechischen Republik zu betreiben. WĂ€hrend der feierlichen Unterzeichnung dieser AbsichtserklĂ€rung bedauerte Dan Kurucz, GeschĂ€ftsfĂŒhrer von Alstom in der Tschechischen Republik und der Slowakei, dass es in Tschechien an entsprechenden Gesetzen fehlt, die die Wasserstoffindustrie voranbringen könnten.

Ähnlich wie im nördlichen Nachbarland Polen macht die Verkehrswende auch gerade bei den Stadtbussen erste Fortschritte. In Tschechien ist es allen voran der heimische Hersteller Ć koda (s. Abb.), der seit 2009 Stadtbusse mit Brennstoffzellen herstellt. In der Tschechischen Republik sind neun FCEVs (Stadtbusse mit Brennstoffzelle), aber bis dato keine öffentlichen Wasserstofftankstellen im Zentralen Fahrzeugregister registriert. Bis zum Jahr 2030 soll es insgesamt 40.000 bis 50.000 Personenkraftwagen, 870 Busse und 80 Tankstellen in Tschechien geben, die emissionsfreien Verkehr ermöglichen, also mit Brennstoffzellen oder ausschließlich mit ElektrizitĂ€t angetrieben werden.

Leitungsnetze – H2-ready?

Gleichzeitig muss auch an den Leitungsnetzen gearbeitet werden. Der Leiter des operativen GeschĂ€fts des grĂ¶ĂŸten tschechischen Erdgasverteilers GasNet, Andrej Prno, versicherte im GesprĂ€ch mit den tschechischen Medien, dass ĂŒber das tschechische Erdgasleitungsnetz jetzt schon Wasserstoff fließen kann. Technisch steht dem nichts im Wege. Gesetzlich gibt es aber keine ausreichende Grundlage. Die ersten Schritte, um den Anteil von Wasserstoff in seinem Gasnetz zu erhöhen, hat GasNet aber bereits gemacht. In der Region ÚstĂ­ hat das Unternehmen eine Zusammenarbeit mit FORH2ENERGY vereinbart, die in der Industriezone Triangle in Ćœatecko eine Wasserstoffproduktionsanlage bauen will. Diese wĂ€re dann die erste Wasserstoffanlage, die GasNet an sein Gasverteilungsnetz anschließen wĂŒrde.

Autorin: Aleksandra Fedorska

Brennstoffzellen-MEAs ohne „forever chemicals“

Brennstoffzellen-MEAs ohne „forever chemicals“

Die Bedrohung fĂŒr Mensch und Umwelt durch Per- und Polyfluoralkylsubstanzen, sogenannte PFAS, ist lĂ€ngst bekannt. Erst im Februar 2023 berichteten zahlreiche Tageszeitungen ĂŒber das Ausmaß der PFAS-Kontamination in Europa und rĂŒckten das Thema wirksam in die Öffentlichkeit. Auch in Brennstoffzellen werden PFAS verwendet. Das Freiburger Start-up ionysis hat sich zum Ziel gesetzt, dies zu Ă€ndern.

PFAS sind eine Gruppe von stark fluorierten Polymeren, die in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, gut bekannt zum Beispiel aus beschichteten Pfannen oder Outdoor-Jacken. Sie verfĂŒgen ĂŒber einzigartige Eigenschaften wie eine hohe chemische und thermische StabilitĂ€t. Sie sind nicht-haftend, nicht-fĂ€rbend und stark öl- und wasserabweisend und daher heute weit verbreitet in Marken wie Teflon oder Gore-Tex.

Doch die positiven Materialeigenschaften haben eine Kehrseite: PFAS bauen sich in der Umwelt nicht ab, und das ĂŒber Jahrhunderte. Zudem sind sie sehr mobil, so dass sie inzwischen in Grund- und OberflĂ€chenwasser, Luft und Böden nachweisbar sind. Auch in der menschlichen Blutbahn und zahlreichen lebenden Organismen ist diese Stoffklasse bereits nachgewiesen worden. Dort stehen sie unter dem starken Verdacht, Krebs, Unfruchtbarkeit und andere schwere Erkrankungen zu verursachen.

Obwohl diese Eigenschaften seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, hĂ€uften sich erstmals in den vergangenen Monaten Entscheidungen mit Tragweite zur EindĂ€mmung von PFAS: Im November 2022 reichte der Bundesstaat Kalifornien in den USA eine umfassende Klage gegen PFAS-produzierende Unternehmen wie 3M und Dupont ein. Einen Monat spĂ€ter kĂŒndigte 3M als erster großer Chemiekonzern an, sich bis Ende 2025 komplett aus der Herstellung von PFA-Substanzen zurĂŒckzuziehen.

Zuletzt hat das Thema dann medienwirksam noch einmal an Fahrt gewonnen: Im „Forever Pollution Project“ haben JournalistInnen von 18 Zeitungen und anderen MedienhĂ€usern, darunter Le Monde (Frankreich), NDR, WDR, SĂŒddeutsche Zeitung (Deutschland) und The Guardian (Vereinigtes Königreich) ĂŒber mehrere Monate Tausende von Datenpunkten gesammelt, um eine „Karte der ewigen Verschmutzung“ zu erstellen, die zum ersten Mal das Ausmaß der Kontaminierung Europas durch PFAS zeigt.

Das „Forever Pollution Project“ deckte auch erstmals auf, wie groß die Anstrengungen der PFAS-Lobby sind, ein EU-weites PFAS-Verbot zu verwĂ€ssern. Dieses umfassende Verbot der Verwendung und Herstellung von PFAS als Stoffklasse wurde von DĂ€nemark, Deutschland, den Niederlanden, Norwegen und Schweden initiiert. Im Februar 2023 veröffentlichte die europĂ€ische Chemieagentur (ECHA) den Vorschlag und evaluiert ihn nun, bevor sie eine Empfehlung an die EuropĂ€ische Kommission abgibt. Die Hauptargumente gegen das Verbot konzentrieren sich auf den Mangel an PFAS-Ersatzstoffen in Anwendungen, die als kritisch fĂŒr die Gesellschaft angesehen werden.

Einer dieser scheinbar alternativlosen FĂ€lle ist die Verwendung von Fluorpolymeren in Elektrolyseuren und Wasserstoffbrennstoffzellen. Aufgrund ihrer hohen ProtonenleitfĂ€higkeit und chemischen StabilitĂ€t werden Fluorpolymere auf Basis von perfluorierten SulfonsĂ€uren (PFSA) derzeit fĂŒr Membranen und Elektrodenbinder in Wasserstofftechnologien verwendet.

Ziel: GrĂŒner Wasserstoff mit grĂŒnen Materialien

Dr. Andreas BĂŒchler, Co-GeschĂ€ftsfĂŒhrer und MitgrĂŒnder von ionysis, warnt: „SpĂ€testens die Veröffentlichungen des ‚Forever Pollution Projects‘ sind ein Weckruf. PFAS werden eine enorme Bedrohung fĂŒr die Umwelt, uns, unsere Kinder und Enkelkinder sein. Die PFAS-Werte, die schon jetzt nachgewiesen werden können, sind schockierend. Vor diesem Hintergrund ist es unerlĂ€sslich, jetzt, zu Beginn der exponentiellen Skalierung von Wasserstofftechnologien, die Forschung und Entwicklung von fluorfreien Materialien fĂŒr Wasserstoffanwendungen voranzutreiben und möglichst schnell PFSA-Alternativen zur Marktreife zu bringen.“

Aus dem zunehmenden Bewusstsein ĂŒber die Verschmutzung durch PFAS und dem dringenden Bedarf an Alternativen in der wachsenden grĂŒnen Wasserstoffwirtschaft heraus wurde das Start-up ionysis von einem Team aus dem Bereich Elektrochemische Energiesysteme bei Hahn-Schickard und der UniversitĂ€t Freiburg gegrĂŒndet. Der Grundstein fĂŒr das Start-up wurde im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte gelegt, die vom Land Baden-WĂŒrttemberg, dem Bundesministerium fĂŒr Wirtschaft und Klimaschutz sowie dem Bundesministerium fĂŒr Bildung und Forschung gefördert wurden. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, hocheffiziente und nachhaltige Kernkomponenten fĂŒr Brennstoffzellen zu entwickeln.

Im September 2022 nahm ionysis mit einem achtköpfigen Team den Betrieb auf und wird bis Mitte 2023 auf die doppelte TeamgrĂ¶ĂŸe anwachsen. Neben Dr. Matthias Breitwieser (Chief Technology Officer), Dr. Florian Lombeck (Chief Scientist) und Dr. Severin Vierrath (Scientific Advisor) – alle aktive oder ehemalige Mitarbeiter von Hahn-Schickard und der UniversitĂ€t Freiburg – ergĂ€nzen Dr. Andreas BĂŒchler (Chief Operation Officer) und Lisa Langer (Chief Financial Officer) das GrĂŒnderteam. Zwei starke Investoren unterstĂŒtzen das Start-up nicht nur mit finanziellen Mitteln. Lisa Langer erklĂ€rt: „Durch unsere Investoren haben wir neben einer substanziellen Finanzierung im mittleren einstelligen Millionenbereich auch wertvollen Zugang zu Branchen-Know-how und UnterstĂŒtzung bei der GeschĂ€ftsentwicklung.“

Erster Leistungsnachweis im Vollformat ist erbracht

Neben der Entwicklung dieser neuartigen, umweltfreundlicheren Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) liegt der Fokus auf dem Nachweis ihrer technischen Machbarkeit im relevanten Maßstab. Ziel ist es, gĂ€nzlich fluorfreie MEAs zur Marktreife zu bringen und so einen Beitrag zu einer tatsĂ€chlich nachhaltigen, „grĂŒnen“ Wasserstoffwirtschaft zu leisten. Erst vor wenigen Wochen konnte der erste erfolgreiche Leistungsnachweis im Heavy-Duty-Vollformat erbracht werden, was einen wichtigen Meilenstein in der frĂŒhen Phase der Firma darstellt.

„Gemeinsam mit internationalen Partnern ist es uns gelungen, neuartige MEAs fĂŒr Brennstoffzellen zu entwickeln, die erstmals die LeistungsfĂ€higkeit des Standes der Technik erreichen. DarĂŒber hinaus haben sie das Potenzial, in Zukunft effizienter und bei höheren Temperaturen betrieben werden zu können”, erklĂ€rt Dr. Matthias Breitwieser, Chief Technology Officer von ionysis.

So konnten in den vergangenen sechs Monaten seit dem operativen Start wichtige Entwicklungen vorangetrieben werden: Einerseits wurde die MEA-Zusammensetzung verbessert, zum anderen hat es große Fortschritte bei der Herstellung im Pilotmaßstab gegeben: „Gemeinsam mit einem Partner haben wir einen neuen Prozess zur CCM-Herstellung (catalyst coated membrane; Anm. d. Red.) entwickelt, der es uns perspektivisch ermöglicht, mit den Hydrocarbon-Materialien leistungsfĂ€hige CCMs im skalierten Maßstab reproduzierbar herzustellen“, freut sich Dr. Florian Lombeck, Chief Scientist bei ionysis.

EU-Förderung und Industrieauftrag

Dass es großes Interesse an der Technologie von ionysis gibt, zeigte sich bereits in der Startphase: Anfang Februar 2023 wurde ionysis zusammen mit dem slowenischen Start-up ReCatalyst fĂŒr das prestigetrĂ€chtige Förderprogramm EIC Transition des European Innovation Council ausgewĂ€hlt. Der European Innovation Council ist Europas fĂŒhrendes Innovationsprogramm zur Ermittlung, Entwicklung und Verbreitung bahnbrechender Technologien und wegweisender Innovationen. EIC Transition finanziert InnovationstĂ€tigkeiten, die ĂŒber den experimentellen Nachweis im Labor hinausgehen, um sowohl die Reifung und Validierung von neuartigen Technologien im Labor und in relevanten Anwendungsumgebungen als auch die Entwicklung des GeschĂ€ftsmodells fĂŒr die zukĂŒnftige Vermarktung der Innovation zu unterstĂŒtzen.

Das Projekt „Enabler“ mit einem Gesamtvolumen von 2,5 Mio. Euro kombiniert die innovativen Technologien der beiden Start-ups mit dem Ziel, Brennstoffzellen fĂŒr Schwerlastanwendungen kostengĂŒnstiger und umweltfreundlicher zu machen und ihre Leistung zu verbessern. ReCatalyst hat eine eigene Technologie zur Herstellung neuartiger Elektrokatalysatoren auf der Grundlage von Platinlegierungen entwickelt, die eine höhere Leistung und Haltbarkeit der Katalysatoren ermöglichen. ionysis verwendet die Katalysatoren von ReCatalyst fĂŒr ihre fluorfreien MEAs. Um die MEAs in der Praxis zu evaluieren, konnte der etablierte Brennstoffzellenstack-Entwickler EKPO Fuel Cell Technologies GmbH als assoziierter Projektpartner gewonnen werden.

Zudem konnte von ionysis ein erster Industrieauftrag im Bereich der MEA-Entwicklung im mittleren sechsstelligen Bereich gewonnen werden. Grundlage fĂŒr den umfangreichen Entwicklungsauftrag war die Erfahrung des Teams im Bereich der Prototypenentwicklung. „Wir freuen uns wirklich, dass unsere Kompetenz in der agilen und schnellen Entwicklung neuartiger Zusammensetzungen fĂŒr Membran-Elektroden-Einheiten der nĂ€chsten Generation von etablierten Akteuren im Markt bereits jetzt erkannt wird. Das stimmt uns optimistisch fĂŒr die Zukunft unseres jungen Unternehmens“, freut sich Dr. Matthias Breitwieser.

Validierung, Skalierung und Marktreife

FĂŒr die kommenden eineinhalb Jahre hat ionysis einen klaren Entwicklungspfad: Die Validierung der Technologie im Brennstoffzellen-Stack, die Skalierung der CCM-Herstellung sowie der Aufbau von Partnerschaften mit Lieferanten und Kunden. Gleichzeit geht es darum, das GeschĂ€ftsmodell zu entwickeln und die Kommerzialisierung vorzubereiten, so dass fluorfreie MEAs so bald wie möglich einen tatsĂ€chlichen Impact haben und der Verwendung von PFAS in eigentlich „grĂŒnen“ Wasserstoffanwendungen zeitnah ein Ende gesetzt werden kann.

Hydrocarbon-Polymer-basierte MEAs fĂŒr die PEM-Brennstoffzelle

Alternativen zu perfluorierten Ionomeren, wie dem in elektrochemischen Energieanwendungen bekannten NafionTM, werden bereits seit den 1990er-Jahren erforscht. Viele Jahre wurden Materialien wie zum Beispiel sulfonierte Polyetheretherketone (sPEEK) verwendet, die jedoch in Bezug auf Leistung und Haltbarkeit zu weit vom perfluorierten Stand der Technik entfernt waren. Erst in den letzten fĂŒnf Jahren gab es erstmals wesentliche Fortschritte bei der Entwicklung von echten Alternativen: Vor allem durch die systematische Eliminierung der chemischen Schwachpunkte in den Polymeren (z. B. wenig stabile chemische Bindungen im RĂŒckgrat der Polymere) konnten endlich stabile und gut protonenleitfĂ€hige Materialien gefunden werden.

Inzwischen gibt es eine Reihe an veröffentlichten Hydrocarbon-Ionomeren und -Membranen, beispielsweise auf Basis von sulfonierten Polysulfonen und verschiedenen sulfonierten Polyphenylenen. Die neuen Materialien ermöglichten erstmals hervorragende Leistungen im Labor und befinden sich inzwischen bei einigen Polymerfirmen wie Ionomr Innovations aus Kanada in der Kommerzialisierung.

AutorInnen: Dr. Matthias Breitwieser, matthias.breitwieser@ionysis.com
Lisa Langer, lisa.langer@ionysis.com, beide ionysis GmbH, Freiburg

JCB erreicht H2-Meilenstein

JCB erreicht H2-Meilenstein

Der britische Land- und Baumaschinenhersteller JCB hat im MĂ€rz 2023 die Produktion seines fĂŒnfzigsten H2-Verbrennungsmotors bekanntgegeben. Dieser Meilenstein ist Ergebnis der KlimaschutzbemĂŒhungen des englischen Unternehmens. Die Motoren befinden sich derzeit noch im Vorserienstadium und werden aktuell fĂŒr weitere Tests und Entwicklungen verwendet. So wurden einzelne Aggregate bislang in Prototypen eines Baggerladers und eines Teleskopladers demonstriert und in einen Lkw eingebaut. Dass jetzt der fĂŒnfzigste Motor fertiggestellt wurde, ist insofern bemerkenswert, als das Unternehmen erst im Jahr 2020 seinen Fokus von Batterien und Brennstoffzellen abgewandt hat.

J.C. Bamford Excavators Limited, auch bekannt als JCB, wurde 1945 von Joseph Cyril Bamford in Staffordshire, England, gegrĂŒndet. Das Unternehmen befindet sich noch immer in Familienbesitz und wird vom derzeitigen Vorsitzenden Lord Anthony Bamford, dem Sohn des GrĂŒnders, geleitet. Das Unternehmen hat sich zu einem der weltweit grĂ¶ĂŸten Hersteller von Bau- und Landmaschinen entwickelt und verfĂŒgt ĂŒber 22 ProduktionsstĂ€tten auf vier Kontinenten.

Im Rahmen seiner DekarbonisierungsbemĂŒhungen investiert JCB 100 Mio. GBP in die Wasserstofftechnologie. Allerdings hatte das Unternehmen ursprĂŒnglich gar nicht vor, einen H2-Verbrennungsmotor zu entwickeln. ZunĂ€chst lag der Schwerpunkt auf der Effizienzsteigerung des Dieselmotors, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Vorschriften fĂŒr Auspuffemissionen zu einzuhalten. Doch die Kunden von JCB wollten mehr.

Elektrifizierung ab 2018

Im Jahr 2018 brachte JCB sein erstes elektrisches Produkt auf den Markt, einen Minibagger, und reagierte damit auf die Nachfrage der Kunden nach einer emissionsfreien Maschine, die in InnenrĂ€umen und lĂ€rmempfindlichen Stadtgebieten eingesetzt werden kann. Die Technologie wurde auf 14 Modelle ausgeweitet. Tim Burnhope, Chief Innovation and Growth Officer bei JCB, drĂŒckt es gegenĂŒber HZwei so aus: „Wir waren etwas naiv und dachten, wir könnten einfach alles mit Batterien ausstatten.“

WĂ€hrend kleine, kompakte Produkte im batterieelektrischen Format gut funktionierten, erfordere die Deckung des Leistungsbedarfs von mittelgroßen und schweren Maschinen bedeutend mehr KapazitĂ€t. Dies erhöhe das Gewicht und die Kosten der Maschine drastisch, wobei die Ladedauer die Arbeitszeit verringere. Die Schlussfolgerung: Batterien sind nicht skalierbar. JCB musste das Gewicht, die Kosten und die Ladezeit reduzieren.

Als Ersatz fĂŒr Diesel wurden daraufhin andere Kraftstoffe in Betracht gezogen, nĂ€mlich Biomethan, E-Fuels, Ammoniak und mit Wasserstoff behandeltes Pflanzenöl (HVO). Allerdings hatte jeder Kraftstofftyp auch Nachteile, darunter hohe Kraftstoffkosten, Kohlenstoffgehalt, ToxizitĂ€t, Geruch und Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von Pflanzen als Kraftstoff und nicht als Nahrungsmittel.

Versuche mit Brennstoffzellen

Die Überlegungen drehten sich um Wasserstoff und – als einzige Technologie, die JCB zu diesem Zeitpunkt zur VerfĂŒgung stand – um die Brennstoffzelle. Im Jahr 2019 kam der erste Prototyp eines Brennstoffzellenbaggers auf den Markt, dessen zweite Iteration – ausgestattet mit einer grĂ¶ĂŸeren Brennstoffzelle und besseren Batterien – im Jahr 2020 folgte (s. Abb. 1). Die Kosten fĂŒr die Brennstoffzelle, den DCDC-Wandler und die Leistungsbatterien machten das Antriebssystem jedoch achtmal teurer als einen Dieselmotor.

Burnhope bringt die Schwierigkeiten der Brennstoffzellentechnologie auf den Punkt: „Sie ist zu kompliziert. Sie ist nicht robust genug fĂŒr unsere Branche.“ Und Robustheit ist in rauen Arbeitsumgebungen wie SteinbrĂŒchen oder Baustellen, wo die GerĂ€te G-KrĂ€ften, Asphalt- und FarbdĂ€mpfen sowie Staub ausgesetzt sind, von entscheidender Bedeutung.

Ein weiteres Problem war die VerfĂŒgbarkeit von Brennstoffzellen. Die beiden Motorenwerke von JCB im Vereinigten Königreich und in Indien stellen jeweils bis zu 250 Motoren pro Tag her, so dass sich die Frage stellte, ob die Brennstoffzellenlieferanten die benötigten Mengen bewĂ€ltigen wĂŒrden.

Vorgabe des Vorstandsvorsitzenden

Obwohl JCB davon ĂŒberzeugt war, dass Wasserstoff der gesuchte emissionsfreie Kraftstoff war, befand sich das Unternehmen in Bezug auf die Brennstoffzellentechnologie an einem Scheideweg. Im Juli 2020 prĂ€sentierte das Ingenieurteam seine Ergebnisse dem JCB-Vorsitzenden Lord Bamford, der daraufhin die ehrgeizige Herausforderung ausgab: Bis zu den Winterferien sollte ein Wasserstoffmotor entwickelt werden.

Am 7. Dezember 2020 hatte JCB dann einen mit Wasserstoff betriebenen Motor – den ersten H2-ICE (engl. internal combustion engine = Verbrennungsmotor) der Branche. Bei dessen Entwicklung wurde der Verbrennungsprozess von Grund auf neu konzipiert. 100 Ingenieure waren daran beteiligt, unterstĂŒtzt von der UniversitĂ€t Aachen in Deutschland.

Vier SchlĂŒsselbereiche wurden untersucht: Wasserstoffmischung, Luftkompression, FunkenzĂŒndung und Dampfmanagement. Eine der Herausforderungen beim Übergang von einem flĂŒssigen zu einem gasförmigen Kraftstoff bestand darin, eine gleichmĂ€ĂŸige Mischung von Wasserstoff und Luft zu erreichen. Mithilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD) wurde die Vermischung im Zylinder visualisiert. Dabei erkannte das Entwicklungsteam, dass der H2-Verbrennungsprozess in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-VerhĂ€ltnis sehr mager sein kann und nur wenig Wasserstoff benötigt.

Ein weiterer bemerkenswerter Unterschied ist der Druck: Die Dieseleinspritzung erfolgt bei 2.000 bar, wÀhrend die Wasserstoffeinspritzung bei etwa 10 bar erfolgt. JCB entdeckte auch, dass Wasserstoff bei einer viel niedrigeren Temperatur als andere Kraftstoffe verbrannt werden kann, wobei die genaue Temperatur, die in seinem neuen H2-Verbrennungsmotor verwendet wird, von JCB streng geheim gehalten wird.

Das Ergebnis ist ein Vierzylindermotor mit Saugrohreinspritzung (s. Abb. 2). Er hat genau das gleiche Drehmoment, den gleichen Wirkungsgrad und die gleichen Leistungswerte wie sein Dieselpendant und ist so konzipiert, dass er in bestehenden Maschinen austauschbar ist. Die einzige Änderung an der Maschine selbst besteht darin, dass der Dieseltank durch Wasserstofftanks an der Seite ersetzt wird. Der H2-ICE kann zudem mit bereits verfĂŒgbaren Komponenten hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil gegenĂŒber Brennstoffzellen ist, dass die Maschine auf der Baustelle repariert werden kann.

H2-ICE von JCB sind bereits in Prototypen von Baggern und Teleskopladern (s. Abb. 1, li. u. re.), die sich von ihren Dieselpendants durch eine neue grĂŒn-weiße Lackierung anstelle des traditionellen JCB-Gelbs unterscheiden, im Einsatz. Der Wasserstoffmotor wurde auch in einen 7,5-Tonnen-Lkw von Mercedes eingebaut, um zu zeigen, dass dies möglich ist und dass die Technologie in einem Lastwagen funktioniert.

Was die kĂŒnftige Produktion betrifft, so konnte Ryan Ballard, Engineering Director for Powertrain bei JCB, bislang keine konkreten Ziele benennen, sagte aber: „Wir sind ehrgeizig.“ Die H2-Testmotoren wurden auf denselben Produktionslinien gebaut wie die Dieselmotoren. Daher sei es möglich, bis zu 250 Wasserstoffmotoren pro Tag zu bauen, aber die Nachfrage sei noch nicht da, hieß es gegenĂŒber H2-international.

Wasserstoff auf dem Vormarsch

Eine Besonderheit in der Bau- und Landwirtschaftsbranche ist bislang die Lieferung von Diesel direkt an die Baustelle mit einem mobilen Tankwagen. JCB hat daher kĂŒrzlich eine eigene Wasserstofftankanlage entwickelt (s. Abb. 1, Mitte). Der Tankwagen fasst 100 Kilogramm bei 500 bar. Dies reicht aus, um 16 H2-Bagger zu betanken, in denen der Wasserstoff bei 350 bar gespeichert ist, wobei 1 kg Wasserstoff etwa 3 kg Diesel entspricht. Die Betankungsanlage kann entweder auf der RĂŒckseite einer modifizierten Fastrac-Zugmaschine oder auf einem AnhĂ€nger transportiert werden. Die Zapfpistole wird von der Firma WEH geliefert, und die Betankungszeit betrĂ€gt nur wenige Minuten.

Was die Bereitstellung des Wasserstoffs betrifft, so wird das JCB-TestgelĂ€nde von Ryze Hydrogen beliefert, das die Anlieferungen per Tube-Trailer durchfĂŒhrt. Bei einem Besuch der HZwei-Redaktion vor Ort war der verwendete Wasserstoff ein Nebenprodukt eines Chlorherstellungsprozesses, bei dem Salzwasser durch Elektrolyse gespalten wird. Nach Angaben von JCB ist es jedoch das Ziel, zu grĂŒnem Wasserstoff ĂŒberzugehen.

Auf die Frage nach dem Importvertrag, den JCB und Ryze Hydrogen mit dem australischen Unternehmen Fortescue Future Industries (FFI) fĂŒr 2021 abgeschlossen haben, erklĂ€rte Ballard, dass diese Entscheidung auf die NervositĂ€t des Marktes hinsichtlich der ZuverlĂ€ssigkeit der Wasserstoffversorgung zurĂŒckzufĂŒhren sei. Die Einfuhr von Wasserstoff aus Australien werde wahrscheinlich in Form von Ammoniak erfolgen, das wieder in Wasserstoff gespalten werde.

Mit Blick auf die Zukunft bleibt JCB „optimistisch“, was die kĂŒnftigen Vorschriften fĂŒr emissionsfreie Fahrzeuge angeht, und verfolgt aufmerksam die Änderungen der Vorschriften fĂŒr Pkw und insbesondere fĂŒr Lkw. Die Entwicklungen bei den Lkw-Vorschriften können nach Ansicht von JCB einen Hinweis darauf geben, was spĂ€ter auf Bau- und Landmaschinen zukommen kann.

Familienwerte

Das Interesse an Wasserstoff ist bei JCB eine Familienangelegenheit. Der Sohn des JCB-Vorsitzenden, Jo Bamford, ist EigentĂŒmer des nordirischen Unternehmens Wrightbus, das seit 2016 Brennstoffzellenbusse herstellt. Er ist auch der GrĂŒnder von Ryze Hydrogen, das Wasserstofftransport, -vertrieb und -infrastrukturleistungen in Großbritannien anbietet.

Autorin: Nicola Bottrell Hayward

H2GO – LastenmobilitĂ€t im Wasserstoffzeitalter

H2GO – LastenmobilitĂ€t im Wasserstoffzeitalter

Steigende Verkehrsleistungen im StraßengĂŒterverkehr haben einen kontinuierlichen Anstieg der CO2-Emissionen in diesem Segment zur Folge, trotz Fortschritten bei Verbrauch und Abgastechnik. Alternativen zu fossilen EnergietrĂ€gern werden daher besonders im Schwerlastverkehr dringend benötigt. Gemeinsam mit 18 weiteren Fraunhofer-Instituten arbeitet das Fraunhofer IWU mit Hochdruck daran, die Voraussetzungen fĂŒr eine effiziente Großserienfertigung von Brennstoffzellen zu schaffen, die an Bord eines Nutzfahrzeugs Wasserstoff in Strom umwandeln. Im Rahmen von H2GO werden technologische Lösungen entwickelt, die einen zĂŒgigen Hochlauf der Brennstoffzellenproduktion ermöglichen. Der Aktionsplan ist darauf ausgerichtet, Industrie und Forschung zu einem starken Ökosystem fĂŒr eine wirtschaftliche und nachhaltige Brennstoffzellenproduktion zu verbinden. H2GO wird nicht nur die industrielle Massenproduktion der Komponenten mit durchgĂ€ngigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren entwickeln. Er wird auch konsequent den Kreislaufgedanken aufgreifen. Ein Teilprojekt widmet sich der automatisierten Montage und Demontage von Brennstoffzellen, damit Material und Bauteile fĂŒr ein zweites Produktleben wiedergewonnen werden können.

Brennstoffzellenelektrische Fahrzeuge (FCEVs, fuel cell electric vehicles) haben das Potenzial, kĂŒnftig eine tragende Rolle im CO2-neutralen Fernverkehr zu ĂŒbernehmen: In technologischer Hinsicht bietet die Brennstoffzelle im Vergleich zu den heutigen fossilen Antriebstechnologien Ă€hnliche Volumen- und Gewichtszuladungen bei vergleichbaren Reichweiten und Tankzeiten. Damit bleibt Speditionen die heute gewohnte FlexibilitĂ€t im Lkw-Einsatz erhalten. GegenĂŒber anderen emissionsfreien Antrieben sind FCEVs gerade im Schwerlastverkehr betriebs- wie volkswirtschaftlich und auch ökologisch wettbewerbsfĂ€hig – einen erfolgreichen Markthochlauf vorausgesetzt, der fĂŒr Wasserstoff KostenparitĂ€t zu fossilen EnergietrĂ€gern schafft.

FĂŒr den Produktionsstandort Deutschland kann Wasserstoff zusĂ€tzliche Wertschöpfung und damit ein umfangreiches, nachhaltiges und zukunftsfĂ€higes GeschĂ€ftsfeld generieren. H2GO wird dazu beitragen, der deutschen Wirtschaft bedeutende Anteile am sich hochdynamisch entwickelnden globalen Brennstoffzellenmarkt zu sichern. Eine zĂŒgig aufgebaute BZ-Industrie kann so zu einem zentralen Kompetenzfeld deutscher Unternehmen werden. ZusĂ€tzlicher Klimaschutz im MobilitĂ€tssektor eröffnet also auch industriepolitisch einmalige Chancen.

Somit gilt es, Fertigungstechnologien und -prozesse fĂŒr eine effiziente, kostengĂŒnstige und hochrentable industrielle Serienfertigung zu ertĂŒchtigen. H2GO wird dazu ĂŒber produktionstechnische Forschung, Entwicklung und Vorbereitung der industriellen Umsetzung die Voraussetzungen schaffen. Der Aktionsplan richtet sich nicht zuletzt an kleine und mittelstĂ€ndische Unternehmen, die die gesamte Wertschöpfungskette der Brennstoffzellenproduktion abbilden und bis hin zur Anwendung in der LastenmobilitĂ€t schließen.

Forschungsverbund aus 19 Instituten

Das organisatorische Fundament von H2GO bilden 19 Fraunhofer-Institute in insgesamt neun BundeslĂ€ndern, die mit ihren Forschungskompetenzen und -infrastrukturen sowie lokalen Netzwerken neue Fertigungslösungen in regionalen Technologiehubs entwickeln. Als dezentraler Produktionsforschungsverbund erlaubt der Nationale Aktionsplan die dynamische Einbindung weiterer Initiativen und setzt auf bestehenden Infrastrukturen auf. So werden ineffiziente Doppelstrukturen vermieden, und die Mittel können gezielt zur Entwicklung innovativer Technologien und vorwettbewerblicher Produktionskonzepte fĂŒr eine hochratenfĂ€hige Brennstoffzellenproduktion eingesetzt werden.

Das Entwicklungsziel sind Konzepte, die weit ĂŒber die derzeit verfĂŒgbaren Lösungen hinausgehen. Diese Konzepte entstehen in Technologiehubs, die inhaltlich verschiedene Forschungsschwerpunkte verfolgen und zu vier TechnologieverbĂŒnden zusammengefasst werden: R2MEA, R2HP, HP2BPP und ST2P. Diese bilden die wesentlichen Bestandteile der Wertschöpfungskette bei der Herstellung der wesentlichen BZ-Komponenten, Protonenaustausch-Membran (MEA) und Bipolarplatten (BPP), ab und beschĂ€ftigen sich zudem mit dem Recycling von Stacks (ST2P).

Das technologische RĂŒckgrat des Aktionsplans ist die virtuelle Referenzarchitektur fĂŒr Brennstoffzellenproduktion, die aus den digitalen Abbildern der Produktionsmodule in den TechnologieverbĂŒnden entsteht. Mit diesem virtuellen Baukasten lassen sich anwendungs- und typspezifische Fertigungsszenarien fĂŒr Einzelkomponenten und Gesamtsysteme im industriellen Maßstab planen, realisieren und flexibel anpassen.

Rolle zu MEA

Der Verbund R2MEA entwickelt eine kontinuierliche (Rolle-zu-Rolle, R2R) Anlagentechnologie fĂŒr die MEA-Herstellung. Der Schwerpunkt liegt dabei auf verschiedenen Verfahren zur Beschichtung und nachfolgenden Prozessen, die fĂŒr eine industrielle Massenfertigung optimiert werden.

Rolle zu Halbplatte

Der Verbund R2HP entwickelt stĂŒckzahlskalierbare Umformtechnologien. Dabei kommen unterschiedliche Halbzeuge bzw. Ausgangswerkstoffe zum Einsatz, aus denen mit zwei hochratenfĂ€higen Umformverfahren Halbplatten in drei verschiedenen Prozessrouten gefertigt werden. Die dafĂŒr eingesetzten Produktionstechnologien werden fĂŒr die Brennstoffzellenfertigung neu geschaffen und hinsichtlich QualitĂ€t und Ausbringungsmenge optimiert. R2HP wird auch Herausforderungen bei Werkzeugbau und Handling lösen.

Halbplatte zu Bipolarplatte

Der Verbund HP2BPP baut auf den Produktionsmodulen des R2HP auf und nutzt dessen Halbplatten. Das Ziel besteht darin, aus diesen Halbplatten kontinuierlich hochfunktionale Bipolarplatten herzustellen. Dazu werden spezifische Technologien fĂŒr die dem Umformprozess (R2HP) vor- bzw. nachgelagerten Fertigungsschritte entwickelt. Der Fokus liegt dabei neben QualitĂ€tsaspekten vorrangig auf höheren Geschwindigkeiten bei den Verfahrensschritten FĂŒgen, Funktionalisieren, Beschichten und Separieren sowie auf einer ProzesskettenverkĂŒrzung.

Stack zu Piece

H2GO folgt konsequent dem Gedenken geschlossener StoffkreislÀufe. Gemeinsam mit drei weiteren Fraunhofer-Instituten stellt sich das Fraunhofer IWU bereits jetzt der Frage, wie die Produktion das Produktdesign der Brennstoffzellen beeinflussen muss, damit die eingesetzten Materialien demontiert, wiederverwertet oder am besten sogar wiederverwendet werden können. Der Verbund ST2P untersucht passend dazu, welche Maschinen, Anlagen und Prozesse benötigt werden, um Brennstoffzellensysteme automatisiert montieren sowie am Ende ihres Produktlebens zerstörungsfrei wieder demontieren zu können.

Der Nationale Aktionsplan entwickelt nun passgenaue stĂŒckzahlskalierbare Produktionslösungen und Prozessketten fĂŒr die wirtschaftliche Fertigung von Brennstoffzellen in den Anwendungsbereichen Heavy, Medium und Light Duty (s. Abb. 2).

Abb. 2: Die H2GO-Raodmap – maßgeschneiderte Brennstoffzellen je Nutzfahrzeugklasse

Von Heavy bis Light Duty

Bei den Heavy-Duty-Fahrzeugen (> 11,8 t Gesamtgewicht) liegt der Fokus auf der technologischen Entwicklung von industriellen Produktionsverfahren, die die Ausbringungsmengen deutlich steigern, jedoch auch die Anforderungen an die BZ-Lebensdauer, resultierend aus einer hohen jĂ€hrlichen Fahrleistung, besonders berĂŒcksichtigen. Deswegen werden in dieser Prozesskette Kunststoff-Compounds verwendet und vorgeformt. Das Einbringen der Flussfelder erfolgt danach durch Walzen (R2HP).

Weitere Prozessschritte sind laserbasierte Schneid- und FĂŒgeprozesse sowie schließlich ein spezielles PrĂŒfverfahren, das die Herstellung der BPP abschließt (HP2BPP). Kombiniert wird diese mit einer MEA, die durch eine Decal-Beschichtung mit Siebdruck oder SchlitzdĂŒse hergestellt wurde (R2MEA).

Im Anwendungsbereich der Medium Duties (Gesamtgewicht zwischen 4,5 t bis 11,8 t) liegt der Fokus auf dem Einsatz des umformenden PrĂ€gens zur Herstellung von metallischen Halbplatten (R2HP). Die Fertigungsgeschwindigkeiten sollen gesteigert und die Prozessketten verkĂŒrzt werden, beispielsweise durch ein gemeinsames Werkzeug fĂŒr das PrĂ€gen und Feinschneiden (HP2BPP). So sollen durch diese technologischen Entwicklungen die Ausbringungsmengen erhöht und an den steigenden Marktbedarf angepasst werden. Damit lassen sich erste Skaleneffekte zur Kostensenkung erzielen.

Um jedoch die komplette Bandbreite der Skaleneffekte auszunutzen und somit eine KostenparitÀt zu den fossilen Antrieben tatsÀchlich zu realisieren, bedarf es einer höchstratenfÀhigen industriellen Massenfertigung. Diese macht das Marktvolumen des Anwendungsbereiches der Light Duties (< 4,5 t Gesamtgewicht) erforderlich. Mit dem kontinuierlichen Walzen lassen sich die benötigten höchstratenfÀhigen Ausbringungsmengen von bis zu 100 Halbplatten pro Minute erzielen (R2HP).

Jedoch erfordert dies eine Synchronisation mit den nachfolgenden FĂŒge- und Beschichtungsprozessen (HP2BPP). Zudem werden zur Stabilisierung des metallischen Systems vorbeschichtete Halbzeuge verwendet, die die Steigerung der Lebensdauer der BPP begĂŒnstigen. Interagieren werden diese mit MEAs, die durch eine besonders innovative und höchstratenfĂ€hige Methode hergestellt werden. Dabei wird die Membran direkt durch Inkjet-Verfahren beschichtet (R2MEA).

Referenzfabrik.H2

Mit den stĂŒckzahlskalierbaren Produktionslösungen und Prozessketten wird nicht nur der Markthochlauf der BZ-Technologie in unterschiedlichen Anwendungsszenarien der LastenmobilitĂ€t intensiviert, sondern auch eine breite Beteiligung verschiedener Industriezweige, insbesondere des Maschinen- und Anlagenbaus, in diesem neuen GeschĂ€ftsfeld forciert. Ein Tor fĂŒr diese Unternehmen zu H2GO ist die vom Fraunhofer IWU koordinierte Referenzfabrik.H2.

Als produktionstechnischer Technologiebaukasten mit realen sowie virtuellen Maschinen und Anlagen, die zur Herstellung von Wasserstoffsystemen notwendig sind, unterstĂŒtzt sie Unternehmen schneller und zielgerichteter. So lĂ€sst sich mit deutlich reduziertem Risiko in die Wasserstoffsystemfertigung einsteigen. Unternehmen können sich in der Referenzfabrik.H2 entwickeln, technologisch wachsen und Schritt fĂŒr Schritt als Teil der Wertschöpfungsgemeinschaft eigene Produkte und Services anbieten. Dank flexibler Produktionsmodule fĂŒr eine skalierbare, industrielle Fertigung von Wasserstoffsystemen wird die Wertschöpfungsgemeinschaft den Sprung von heute noch wenigen StĂŒckzahlen hin zur industriellen Massenherstellung in den 2030iger Jahren schaffen.

Autorin: Dr. Ulrike Beyer, Leitern der Referenzfabrik am Fraunhofer IWU, Chemnitz, ulrike.beyer@iwu.fraunhofer.de

Auf dem Weg zu einer regionalen H2-Wirtschaft

Auf dem Weg zu einer regionalen H2-Wirtschaft

Der Landkreis Kulmbach wurde im Rahmen des vom Bundesministerium fĂŒr Digitales und Verkehr (BMDV) ausgerufenen Förderprogramms HyLand als HyStarter-Region ausgezeichnet. Seit FrĂŒhjahr 2022 wird in diesem Kontext intensiv am Aufbau einer regionalen Wasserstoffwirtschaft gearbeitet. DafĂŒr wurde ein Akteurskreis mit Vertreter:innen lokaler Unternehmen, Organisationen, VerbĂ€nde sowie der Wissenschaft zusammengestellt. In insgesamt sechs Dialogformaten fanden externe FachvortrĂ€ge statt, es wurden bereits bestehende AktivitĂ€ten vernetzt und sich darĂŒber ausgetauscht, neue Projektideen gemeinsam entwickelt sowie eine ĂŒbergreifende Strategie fĂŒr die Region entworfen. Der Abschluss des HyStarter-Programms, das Mitte des Jahres 2023 mit der Veröffentlichung eines eigenen Regionenkonzeptes auslĂ€uft, wird dabei nicht als Ende, sondern als eigentlicher Startschuss fĂŒr die Aktivierung der Wasserstoffwirtschaft im Landkreis verstanden. Mit der Vernetzung der Akteure vor Ort und der Diskussion der vielzĂ€hligen Anwendungs- und Erzeugungspotenziale von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien wurden die Grundsteine fĂŒr die Projektideen gelegt, die es nun in die Umsetzung zu bringen gilt.

Der lĂ€ndlich geprĂ€gte Landkreis Kulmbach liegt im Herzen Oberfrankens im nördlichen Bayern. Die gleichnamige Kreisstadt ist bekannt fĂŒr ihre Biere und imposanten Burgen. In der Nachbarschaft sind mit dem Wunsiedel-Projekt, der UniversitĂ€t Bayreuth sowie der HyExpert-Region Neustadt an der Waldnaab bereits spannende H2-AktivitĂ€ten zu verzeichnen. Ausschlaggebend fĂŒr die frĂŒhzeitige Positionierung als H2-Region war die Erkenntnis, dass der Landkreis als eine der letzten Gegenden im Entwicklungsplan des deutschen H2-Backbone-Fernleitungsnetzes Anschluss erhĂ€lt.

Damit daraus keine Standortnachteile entstehen, sollen die Grundlagen einer Wasserstoffinfrastruktur selbst geschaffen werden. Gute Ausgangsvoraussetzungen sind dafĂŒr gegeben: Handwerksbetriebe, Dienstleister und Hersteller innovativer Komponenten und Systeme im Bereich der Energietechnik sind im Landkreis heimisch. Und nach einem Jahr der intensiven Zusammenarbeit ist der Grundstein fĂŒr den Aufbau der regionalen Wasserstoffwirtschaft gelegt.

Starkes Netzwerk, großer Umsetzungswille

Motiviert durch den Willen der regionalen Wirtschaft, Innovationen umzusetzen und die Zukunft aktiv zu gestalten, kann der Landkreis Kulmbach auf eine gut vernetzte Unternehmerlandschaft blicken. Viele Betriebe existieren seit mehreren Generationen. Die UniversitĂ€t Bayreuth grĂŒndete am Außencampus Kulmbach im Herbst 2022 ihre neue FakultĂ€t fĂŒr Lebenswissenschaften. FĂŒr die geplante Standorterweiterung ist die Idee eines Klimacampus entstanden, bei der auch Wasserstoff eine tragende Rolle einnehmen könnte. Die Planungen hierfĂŒr befinden sich noch im Anfangsstadium. Nichtsdestotrotz hĂ€tte ein Klimacampus Strahlkraft ĂŒber den Landkreis hinaus. Die Begegnung mit gelungenen Praxisbeispielen sowie der Austausch der jungen Studierenden dazu können nur akzeptanzstiftend wirken und weitere innovative Vorhaben nach sich ziehen.

Die (Aus-)Bildung und Qualifizierung von FachkrĂ€ften hat im Landkreis Kulmbach ohnehin einen hohen Stellenwert. In der Berufsschule in Kulmbach werden FachkrĂ€fte u. a. in den Bereichen Versorgungs- und KĂ€ltetechnik mit einem Schwerpunkt auf SanitĂ€r-, Heizungs- und Klimatechnik ausgebildet. Das Handwerk ist der Umsetzer der Energiewende. VerĂ€nderte Kompetenzanforderungen, die mit dem verstĂ€rkten Einsatz von Zukunftstechnologien einhergehen, sollen in einer langfristigen Anpassung der LehrplĂ€ne BerĂŒcksichtigung finden. Kurzfristig sind Vortragsreihen mit einem starken Praxisbezug angedacht, um fĂŒr das Thema zu sensibilisieren und Skepsis gegenĂŒber der Technologie abzubauen.

Unter dem Schlagwort Praxisbezug lassen sich die AnsÀtze aus der ansÀssigen Verkehrsakademie zusammenfassen. Die Fahrschule und Berufskraftfahrer-AusbildungsstÀtte möchte einen Brennstoffzellen-Lkw anschaffen, an dem die Anwendung sowie Instandhaltung und Reparatur derartiger Fahrzeuge demonstriert wird, damit Berufskraftfahrer:innen in dieser Technologie aus- und fortgebildet werden können.

Gute Ideen, interessante Anwendungen

Ohnehin hat der Landkreis einen starken Schwerpunkt auf WasserstoffmobilitĂ€t gelegt. Viele der Unternehmen im HyStarter-Netzwerk zeigen sich gegenĂŒber der Technologie sehr offen und sind perspektivisch bereit, ihre Fahrzeugflotten anzupassen bzw. den EnergietrĂ€ger Wasserstoff bei der Umstellung ihres Fuhrparks zu berĂŒcksichtigen. Es gibt zudem ein Interesse am Einsatz von Wasserstoff in schweren Baumaschinen.

Eine Besonderheit hierbei bilden die Steinwerke, wo Bagger und schwere Sonderfahrzeuge im Einsatz sind. Sie eignen sich aufgrund der hohen energetischen Dauerbelastung besonders fĂŒr die Nutzung von Wasserstoff, gleichzeitig gibt es derzeit aber noch keine serienreifen Modelle. Herausfordernd ist in dem Zusammenhang zudem, dass eine eigene Tankinfrastruktur nötig wĂ€re, da die Fahrzeuge teilweise keine ĂŒbliche Straßenzulassung besitzen und die Standorte der SteinbrĂŒche naturgegeben abseits der StĂ€dte liegen. Mobile Tankstellen an den jeweiligen Standorten könnten fĂŒr eine Übergangszeit eine Lösungsoption darstellen.

Aufbau einer eigenen H2-Station

Als Nukleus der H2-MobilitĂ€tsoffensive wird der Aufbau einer Tankinfrastruktur fĂŒr Lkw und Pkw gesehen. Das Netzwerk hat sich frĂŒhzeitig auf die Notwendigkeit einer H2-Station in zentraler Lage verstĂ€ndigt. ZunĂ€chst bildete sich eine Arbeitsgruppe aus engagierten Unternehmern sowie dem Klimaschutzmanagement des Landkreises Kulmbach. Nachdem ein Standort auf einem privaten, aber zukĂŒnftig fĂŒr alle zugĂ€nglichen Betriebshof gefunden war, wurde bereits die erste Skizze zur Förderung verfasst. Im zweiten Anlauf wurde die finanzielle UnterstĂŒtzung dann durch den Freistaat Bayern bewilligt.

Dass das regionale Interesse an der Nutzung der Tankstelle hoch ist, spiegelte sich in besonderem Maße in den zahlreichen AbsichtserklĂ€rungen zur Anschaffung von Brennstoffzellenfahrzeugen wider, die im Rahmen der Antragstellung eingesammelt wurden. WĂ€hrend die Planungen fĂŒr die Tankstelle bereits in vollem Gang sind, werden die Potenziale fĂŒr die zusĂ€tzliche Erzeugung von grĂŒnem Wasserstoff in der Region geprĂŒft, um sich perspektivisch bei der Versorgung der Tankstelle von Importen aus anderen Regionen unabhĂ€ngig zu machen. Das Vorhaben der bayerischen Landesregierung, den Aufbau von ElektrolysekapazitĂ€ten mit entsprechenden Förderprogrammen flĂ€chendeckend zu unterstĂŒtzen, verspricht aus Sicht der HyStarter-Akteure eine gute UnterstĂŒtzung.

Reges öffentliches Interesse

Das in Kulmbach außergewöhnlich hohe Engagement, gepaart mit einem starken Willen zur Umsetzung, wurde im SpĂ€tsommer 2022 auch fĂŒr die breite Öffentlichkeit sichtbar: Aus einer Informationsveranstaltung, auf der die Zwischenergebnisse des HyStarter-Projektes prĂ€sentiert werden sollten, wurde eine zweitĂ€tige Messe, bei der zahlreiche Aussteller aus Industrie und Forschung mit Exponaten dem interessierten (Fach-)Publikum Fragen rund um Fahrzeuge, Erzeugungstechnologien und allerlei Anwendungen beantworten konnten.

Grußworte des Bundesverkehrsministers Volker Wissing und des bayerischen Wirtschaftsministers Hubert Aiwanger unterstrichen sowohl die Relevanz des Themas als auch die UnterstĂŒtzung von Seiten der Politik. Das ĂŒberregionale durchweg positive Meinungsbild war Anlass genug, eine jĂ€hrliche Fortschreibung der Veranstaltung festzumachen. Im September 2023 wird in der Raumhalle Kulmbach die nĂ€chste H2-Roadshow stattfinden.

Neben den Themen Bildung und Qualifizierung sowie MobilitĂ€t hat sich ein weiterer Baustein im Bereich der GebĂ€udeenergie- und WĂ€rmeversorgung aufgetan. Ausgehend von der Tatsache, dass in zum Landkreis gehörenden Gemeinden Siedlungen oder Dörfer nicht an ein WĂ€rmenetz angeschlossen sind und die HĂ€user entsprechend mit Öl und FlĂŒssiggas beheizt werden, ist die Idee eines lokalen NahwĂ€rmenetzes geboren. Wasserstoff könnte dafĂŒr nach den derzeitigen Überlegungen vor allem in den sonnenarmen Wintermonaten Einzug in die Energieversorgung halten.

Entscheidend fĂŒr den Erfolg ist neben der Technologie aber vor allem die Akzeptanz innerhalb der lokalen Bevölkerung. Erste Beteiligungsformate wurden deswegen schon durchgefĂŒhrt. Bei Erfolg des Projekts soll es als Blaupause fĂŒr andere Gemeinden dienen.

Große politische UnterstĂŒtzung

Der Landkreis Kulmbach zeichnet sich nicht nur durch eine umsetzungsgetriebene Wirtschaft aus, sondern kann zudem auf eine sehr praxisnahe und unterstĂŒtzende Verwaltungsstruktur blicken, was insbesondere am Engagement des Klimaschutzmanagements und der RĂŒckendeckung durch den Landrat im Rahmen von HyStarter sichtbar wurde. Bei der Planung der H2-Tankstelle findet eine enge Zusammenarbeit zwischen Verwaltung und privaten Akteuren statt, und es gibt eine fraktionsĂŒbergreifende Aufgeschlossenheit gegenĂŒber H2– und BZ-Technologie in der Kommunalpolitik. Außerdem gab es starke RĂŒckendeckung fĂŒr die Wasserstoffprojekte aus der Landespolitik: Der bayerische Wirtschaftsminister hat sowohl fĂŒr die Errichtung der Tankstelle als auch fĂŒr die H2-Roadshow die Schirmherrschaft ĂŒbernommen.

Die unterstĂŒtzenden Worte aus der Politik allein sind in der Regel (noch) nicht ausreichend und lassen Förderprogrammen auf Bundes- und Landesebene eine hohe Bedeutung zukommen. HyStarter hat es geschafft, den nötigen Rahmen fĂŒr den erforderlichen Austausch untereinander bzw. zur Pflege des Netzwerks zu schaffen. Durch die Organisation und DurchfĂŒhrung der Dialogformate mit interaktiven Workshops, gezielten Fachinputs zu verschiedensten Wasserstoffthemen, angefangen bei technologischen Grundlagen ĂŒber Praxisbeispiele hin zu Rechtsberatung, wurde der fruchtbare NĂ€hrboden geschaffen, der die raschen Entwicklungserfolge ermöglichte und von dem Landratsamt allein finanziell und personell nicht zu stemmen gewesen wĂ€re.

Auch die Errichtung der Tankstelle ist ohne die Förderhilfe durch das Land Bayern zum derzeitigen Zeitpunkt nicht denkbar. Es braucht also nach wie vor kommunale UnterstĂŒtzung zur Aktivierung regionaler WasserstoffmĂ€rkte.

Am Beispiel der HyStarter-Region Kulmbach werden die Besonderheiten von Wasserstoff als SchlĂŒssel der Energietransformation ersichtlich. Das Thema berĂŒhrt viele Sektoren, Branchen und damit auch Akteure gleichermaßen, die bisher selten bis gar nicht an einem Tisch zusammenkommen. Es zahlt sich aus, diese DiversitĂ€t in einen aktiven Akteurskreis mit Leuten aus Wirtschaft, Wissenschaft sowie Politik und Verwaltung zusammenzubringen, um gemeinsam eine langfristige Vision zu erarbeiten. Letztendlich sind es umsetzungswillige und engagierte Akteure, die mit RĂŒckendeckung aus Politik und Verwaltung in die Umsetzung der Energiewende investieren und diese in die Praxis ĂŒberfĂŒhren.

Autoren: Patrick Steiger, patrick.steiger@nuts.one
Nils Werner, nils.werner@nuts.one
beide Nuts One GmbH, Berlin

Methan ohne Wasserstoff

Methan ohne Wasserstoff

Synthetische EnergietrĂ€ger wie kĂŒnstlich hergestelltes Methan können Ökoenergie transportierbar und langfristig speicherbar machen. Das Problem: Die Herstellung ist mit relativ hohen Energieverlusten verbunden. Bisherige Verfahren benötigen zudem eine zusĂ€tzliche Aufreinigung des Methans. Forschende der Eidgenössischen MaterialprĂŒfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) wollen das Ă€ndern. Sie haben nun ein neues Konzept fĂŒr die Methanisierung entwickelt.

KĂŒnstlich erzeugtes Methan zĂ€hlt zur Kategorie synthetischer Gase – und es bietet ein enormes Potential, wenn es aus atmosphĂ€rischem CO2 und erneuerbar erzeugtem Wasserstoff hergestellt wird. Die Methanisierung stellt jedoch einige Herausforderungen dar: Die katalytische Umwandlung von Wasserstoff und CO2 zu Methan fĂŒhrt zu einem Produkt, das noch Wasserstoff und gegebenenfalls auch CO2 enthĂ€lt. Das verhindert eine direkte Einspeisung ins Gasnetz.

Direkte Einspeisung ins Erdgasnetz

Schweizer EMPA-Forschende um Florian Kiefer haben deshalb ein neues Reaktorkonzept entwickelt. Das wasserstofffreie Methan wird durch eine sogenannte sorptionsverstĂ€rkte Methanisierung erzeugt. Die Idee dahinter: Das bei der Reaktion entstehende Wasser wird wĂ€hrend des Prozesses auf einem porösen KatalysatortrĂ€ger fortlaufend adsorbiert. Dieser kontinuierliche Wasserentzug fĂŒhrt dazu, dass als Produkt nur Methan anfĂ€llt. Damit entfĂ€llt die Aufreinigung des Produktegemisches. Das KatalysatortrĂ€germaterial wird nach Ende der Reaktion mittels Druckabsenkung wieder getrocknet und steht fĂŒr den nĂ€chsten Reaktionszyklus bereit.

Bereits seit drei Jahren forscht das Team an einem neuen Reaktorkonzept mit sogenannten Zeolith-Pellets. Diese dienen als poröser KatalysatortrĂ€ger und adsorbieren gleichzeitig das wĂ€hrend der Methanisierungsreaktion entstehende Wasser. „Wir erreichen eine relativ hohe Reinheit des Produktes durch den Effekt der sorptionsverstĂ€rkten Katalyse“, so Florian Kiefer, der Projektverantwortliche fĂŒr die Methanisierung. „Das bedeutet, wir verschieben das Reaktionsgleichgewicht der Sabatier-Reaktion durch eine kontinuierliche Entnahme eines Teils der Produkte.“

In diesem Fall wird das Wasser entzogen. So entsteht nahezu reines Methan oder eben CH4. „Die Entnahme des Wassers findet im Reaktor kontinuierlich durch Adsorption auf dem KatalysatortrĂ€ger statt“, beschreibt Kiefer. Um dies zu erreichen, muss der KatalysatortrĂ€ger eine hohe WasseraufnahmekapazitĂ€t haben.

Was machen Zeolith-Pellets?

Mit dem verwendeten Zeolith kreieren die Wissenschaftler am EMPA genau diese Eigenschaft der Speicherung. Zeolithe verfĂŒgen ĂŒber eine hohe Wasseraufnahme, selbst unter den Bedingungen, unter denen die Reaktion stattfindet. Doch was ist das fĂŒr ein Material? „Zeolithe sind kristalline mikroporöse Alumosilikate mit großer innerer OberflĂ€che“, beschreibt der Wissenschaftler, „und daher kommt die hohe WasseraufnahmekapazitĂ€t.”

Das Adsorbieren des Wassers ist unter anderem fĂŒr die Einspeisung ins Gasnetz, die VerflĂŒssigung zu LNG oder auch zur Nutzung in CNG-Fahrzeugen wichtig. Je nach Anwendung werden unterschiedliche maximale CO2– und H2-Anteile vorgeschrieben, die man mit möglichst geringem energetischem Aufwand zuverlĂ€ssig erreichen möchte. DarĂŒber hinaus ist eine möglichst vollstĂ€ndige Umwandlung der Ausgangsstoffe H2 und CO2 wichtig fĂŒr die Gesamteffizienz des Prozesses. „Alternativ wĂ€re natĂŒrlich eine Abtrennung und RĂŒckfĂŒhrung von Wasserstoff und CO2 möglich, was allerdings mit energetischem und technischem Aufwand verbunden ist“, erklĂ€rt Kiefer.

Einer der entscheidenden Vorteile des neuen Reaktorkonzepts ist der hohe Methananteil im Produktgas, der ohne GasrĂŒckfĂŒhrung auskommt. Zudem kann der Prozess sowohl bei niedriger Teillast als auch bei schwankender Zufuhr von CO2 und H2 stabil betrieben werden. Diese LastflexibilitĂ€t ist insbesondere fĂŒr die Kopplung mit erneuerbaren Energien wichtig.

Elektrolyseur toleriert keine Unreinheiten

Das Wasser muss zur Elektrolyse im PEM-Elektrolyseur aufbereitet werden (z. B. durch Umkehrosmose), denn der Elektrolyseur toleriert keine Unreinheiten, da diese die Membranen schĂ€digen wĂŒrden. FĂŒr die Bereitstellung des Wasserstoffs fĂŒr die Methansynthese könne allerdings auch eine andere Elektrolysetechnologie verwendet werden, berichtet Kiefer. Um 1.000 kg Wasserstoff zu erzeugen, benötigt man rein rechnerisch 8.936 kg Wasser. Wird aus dem Wasserstoff Methan erzeugt, kann theoretisch die HĂ€lfte des Wassers wieder zurĂŒckgefĂŒhrt werden.

Synfuels lassen sich in herkömmlichen Benzin-, Diesel- oder Gasfahrzeugen nutzen. Ein Nachteil sind allerdings die hohen Umwandlungsverluste. Bei der Herstellung der Synfuels aus erneuerbarem Strom geht derzeit rund die HÀlfte der PrimÀrenergie verloren. Diese Verluste können laut Angaben des EMPA in Zukunft voraussichtlich auf 40 bis 45 Prozent gesenkt werden. Der synthetische Kraftstoff ist deshalb nur dort sinnvoll, wo eine direkte Elektrifizierung nicht möglich ist. Mögliche Einsatzbereiche wÀren der Lastverkehr, Frachtschiffe und Flugzeuge.

Bei allen Verlusten haben Synfuels aber auch einen Vorteil: Sie lassen sich einfach ĂŒber weite Strecken transportieren. Und so könnten auch weit entfernte Erneuerbare-Energie-Ressourcen, z. B. in WĂŒstengebieten, erschlossen werden. Die synthetischen EnergietrĂ€ger können dann auch ĂŒber lĂ€ngere ZeitrĂ€ume verlustfrei gespeichert werden. Sie stellen damit einen interessanten Puffer fĂŒr ein regeneratives Energiesystem dar – das schon in weniger als drei Jahrzehnten komplett oder fast komplett erneuerbar sein soll.

Vom Labor zur Industrieanlage

Noch spielt sich all dies im Labor ab. Im Fokus des neuen Verfahrens stand aber von Anfang an die Skalierung. Die Forschenden haben also ein Konzept gesucht, das auch in Großanlagen umsetzbar ist. Finanziell unterstĂŒtzt wurde das Projekt unter anderem durch den Kanton ZĂŒrich, Avenergy Suisse, Migros sowie Lidl Schweiz, Armasuisse und Swisspower. Zudem hat die EMPA mit verschiedenen Industriepartnern zusammengearbeitet.

Entscheidend fĂŒr die Reaktorauslegung und Prozessplanung ist dabei vor allem die Regenerationszeit, also die fĂŒr die Trocknung des Reaktors benötigte Zeit. Um eine kontinuierliche Methanproduktion zu gewĂ€hrleisten, mĂŒssen deshalb mindestens zwei Reaktoren abwechselnd arbeiten. FĂŒr die Trocknung der Reaktoren ist zudem ein geeignetes WĂ€rmemanagement zentral, entweder durch die Ableitung der WĂ€rme aus dem Reaktor oder durch die interne Speicherung von WĂ€rme im Katalysatorbett. In diesem Bereich hat Kiefers Team ein Patent angemeldet. Details dazu will oder kann er jedoch noch nicht verraten.

„FĂŒr die Wasserstofferzeugung benötigt man neben erneuerbarer ElektrizitĂ€t aber auch viel Wasser“, weiß Kollege Christian Bach, Leiter der Abteilung fĂŒr Fahrzeugantriebssysteme. In einem MobilitĂ€tsdemonstrator soll deshalb neben dem CO2 auch das Wasser fĂŒr die Wasserstoffherstellung mithilfe eines CO2-Kollektors des Spin-offs Climeworks der Eidgenössischen Technischen Hochschule ZĂŒrich (ETHZ) direkt vor Ort aus der AtmosphĂ€re gewonnen werden. Solche Konzepte wĂ€ren dann kĂŒnftig auch in WĂŒstenregionen ohne flĂŒssige WasservorrĂ€te umzusetzen. Das Schweizer Start-up Climeworks betreibt mit Orca in Island bereits eine Anlage mit einer jĂ€hrlichen AbscheidekapazitĂ€t von 4.000 Tonnen CO2 aus der Luft (s. Kasten).

Climeworks will CO2 aus der Luft holen

Diese neudeutsch bezeichnete CO2-Direct-Air-Capture-Anlage basiert auf dem Prinzip der selektiven Adsorption von CO2 in einem Material, das mit Luft durchströmt wird. Neben CO2 wird hierbei auch Wasser aus der Luft aufgenommen. Durch eine Temperaturerhöhung wird das aufgenommene CO2 wieder aus dem Material ausgetrieben und in reiner Form fĂŒr die Methanisierungsanlage bereitgestellt. Dabei wird Strom fĂŒr die Ventilatoren benötigt, um die Zirkulation des Luftstroms zu gewĂ€hrleisten. Zum Austreiben des adsorbierten CO2 ist eine WĂ€rme von rund 100 °C erforderlich. „Diese WĂ€rme stellen wir mindestens zur HĂ€lfte mit AbwĂ€rme aus dem Gesamtprozess zur VerfĂŒgung“, erklĂ€rt Kiefer. Zudem bringt eine WĂ€rmepumpe die AbwĂ€rme des Elektrolyseurs auf das benötigte Temperaturniveau.

Ende 2023 soll der Demonstrator in Betrieb gehen. Die nĂ€chsten Schritte in der Entwicklung stĂŒnden schon fest, berichtet Kiefer: Optimierung des gesamten Betriebsablaufs und des lastflexiblen Betriebs sowie die Einbindung der Methanisierung in den Gesamtprozess. Eine genaue Beurteilung der Energieeffizienz wird erst dann möglich sein.

Climeworks startet erste Großanlage zur Abscheidung

Im September 2021 hat Orca ihren Betrieb auf Island aufgenommen. Hierbei handelt sich aber nicht um einen großen Schwertwal, wie der Name suggerieren könnte, sondern um eine Anlage zur direkten Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid. Laut der Schweizer Firma Climeworks handelt es sich um die weltweit grĂ¶ĂŸte Abscheideanlage ihrer Art.

Die Anlage besteht aus acht SammelbehÀltern mit einer jeweiligen AbscheidekapazitÀt von 500 Tonnen jÀhrlich. Die Container sind um eine Prozesshalle herum angeordnet. In dieser ist die gesamte Elektrik der Aufbereitungseinheit untergebracht, so dass diese auch aus der Ferne bedient und gesteuert werden kann.

Die erforderliche WĂ€rme und ElektrizitĂ€t fĂŒr den Prozess der Lufterfassung kommt direkt vom Geothermiekraftwerk Hellisheidi. Die Orca nutzt also reine Ökoenergie fĂŒr die Abscheidung. Dabei wird das konzentrierte CO2 in der Erde gespeichert. Durch eine natĂŒrliche Mineralisierung reagiert der Kohlenstoff mit Basaltgestein und versteinert so innerhalb weniger Jahre. Mitte 2022 wurde der Baustart fĂŒr einen weiteres Projekt auf Island verkĂŒndet. Die neue Anlage heißt: Mammut.

Autor: Niels Hendrik Petersen

Ein riesiger Hebel, den es nun zu nutzen gilt

Ein riesiger Hebel, den es nun zu nutzen gilt

KĂŒrzlich hat die Bundesregierung den Entwurf fĂŒr eine Richtlinie zu KlimaschutzvertrĂ€gen, auch Carbon Contracts for Difference (CCfD) genannt, vorgelegt. Wer seine Produktion klimafreundlich macht, soll auf der Basis eines 15-jĂ€hrigen Vertrags zwischen Staat und Betrieb sowohl Geld fĂŒr Investitionen als auch jĂ€hrlich Mittel fĂŒr die teurere grĂŒne Produktion bekommen. Ziel der Maßnahme ist vor allem, die Umsetzung zu ermöglichen und zu beschleunigen. Interessant ist dieses Instrument unter anderem fĂŒr die Transformation der Industrie in Richtung einer grĂŒnen Wasserstoffwirtschaft. Dr. Uwe Lauber, Vorstandsvorsitzender der MAN Energy Solutions, bewertet das Instrument aus Sicht eines Anlagenherstellers.

HZwei: Wie bewerten Sie diesen Aufschlag zu KlimaschutzvertrÀgen aus der Bundespolitik?

Dr. Lauber: Wir sehen die von der Bundesregierung geplanten KlimaschutzvertrĂ€ge als einen ersten Schritt in die richtige Richtung. Der deutsche Industriesektor hat 2021 120 Mio. Tonnen CO2 ausgestoßen. Hier hat die Politik einen riesigen Hebel, den es nun zu nutzen gilt. Wichtig ist, dass Unternehmen, die auf CO2-Ă€rmere oder CO2-freie Technologien umsteigen, in einem marktkonformen Rahmen vor wirtschaftlichen Nachteilen geschĂŒtzt werden. Die geplanten KlimaschutzvertrĂ€ge geben eine solche Perspektive, werden sich aktuell aber nur auf einige wenige Industrieunternehmen beschrĂ€nken.

Unter anderem muss laut Entwurf nach zwei Jahren die geförderte Anlage im Vergleich zur herkömmlichen Technologie eine CO2-Ersparnis von 60 Prozent erzielen. Zudem wird gefordert, mit der eingesetzten Technologie oder dem EnergietrÀger theoretisch eine Reduktion um 95 Prozent zu ermöglichen. Inwieweit sehen Sie die Vorgaben als realistisch an? Sind diese zu hochgesteckt oder könnten sie sogar noch ambitionierter sein?

Technologisch ist diese Zielerreichung möglich, denn die Technologien zur CO2-Vermeidung liegen bereits vor und sind ausgereift. Wichtig ist, dass die Messlatte mit Augenmaß und wirtschaftlichem wie technischem Sachverstand gelegt wird. Entscheidend fĂŒr die deutsche Volkswirtschaft ist im Moment, dass es endlich gelingt, industrielle Großprojekte auf den Weg zu bringen – etwa im Bereich der Wasserstoffwirtschaft, synthetischen Kraftstoffe oder der CO2-Abscheidung.

Welche weiteren VerbesserungsvorschlĂ€ge fĂŒr den Richtlinienentwurf haben Sie?

Der aktuellen Fassung zufolge werden nur einige wenige große Industriebetriebe von den KlimaschutzvertrĂ€gen profitieren. Das ist sinnvoll, um Erfahrungen mit dem neuen Instrument zu sammeln und Projekte mit besonders großer Hebelwirkung vorrangig anzustoßen. Mittelfristig mĂŒssen KlimaschutzvertrĂ€ge aber auch fĂŒr kleine und mittelgroße Industrieunternehmen möglich werden. Wir dĂŒrfen zudem nicht aus den Augen verlieren, dass ein wirkungsvoller CO2-Preis nach wie vor der bedeutendste und marktgĂ€ngigste Hebel ist. Derzeit ist aber der Preis deutlich zu niedrig.

Wie wichtig ist das Thema Geschwindigkeit? Wie schnell sollte die Richtlinie in Kraft gesetzt werden?

Die Zeit lĂ€uft uns davon und wir mĂŒssen endlich anfangen, klimafreundliche Technologien in industriellen GrĂ¶ĂŸenordnungen umzusetzen. Nur so können wichtige Betriebserfahrungen gewonnen und vor allem Skaleneffekte erzielt werden, die lang- und mittelfristig zu Kostensenkungen und Wettbewerbsvorteilen fĂŒhren und letztlich gut bezahlte IndustriearbeitsplĂ€tze sichern und schaffen. Die aktuellen PlĂ€ne der Bundesregierung zu KlimaschutzvertrĂ€gen sind ein Schritt in die richtige Richtung.

Details des Entwurfs zu KlimaschutzvertrÀgen (Carbon Contracts for Difference, CCfD)

Laut dem Ende vergangenen Jahres vorgelegten Entwurf des Bundesministeriums fĂŒr Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hinsichtlich einer Förderrichtlinie sollen sich Unternehmen in Ausschreibungen fĂŒr KlimaschutzvertrĂ€ge bewerben können.

‱           Dabei handelt es sich um VertrĂ€ge zwischen dem Staat und einem Unternehmen fĂŒr die klimafreundliche Produktion eines Gutes. Dies gilt etwa fĂŒr den Wechsel vom Hochofen auf die Direktreduktion mit Wasserstoff in der Stahlerzeugung.

‱           Solch ein Vertrag garantiert dem Unternehmen fĂŒr einen Zeitraum von 15 Jahren eine Ausgleichszahlung, die es fĂŒr die höheren Kosten der klimaneutralen Produktion entschĂ€digt. Gleichzeitig sichert er das Unternehmen gegen Schwankungen des CO2-Preises und andere Risiken ab.

Die Umsetzung soll an diverse Kriterien gebunden sein:

‱           FĂŒr das Vorhaben muss grĂŒner oder blauer Wasserstoff als EnergietrĂ€ger vorhanden sein bzw. muss der eingesetzte Strom aus erneuerbaren Energien stammen.

‱           Wer einen Vertrag abschließt, ist gefordert, seine Anlage innerhalb von zwei Jahren in Betrieb zu nehmen.

‱           Die CO2-Ersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Technologien muss nach zwei Jahren bei 60 Prozent liegen, und mit der eingesetzten Technologie oder dem EnergietrĂ€ger muss theoretisch eine Reduktion um 95 Prozent möglich sein.

‱           CO2-Zertifikatepreis als Gradmesser: Laut Entwurf endet die staatliche Förderung dann, wenn wĂ€hrend der Vertragslaufzeit der tatsĂ€chliche CO2-Preis den bei Abschluss zugrundeliegenden Preis ĂŒbersteigt.

‱           Der Einsatz von Biomasse soll nur in AusnahmefĂ€llen förderfĂ€hig sein.

Inwieweit gehen Sie davon aus, dass diese Fördermaßnahme dazu geeignet ist, Projekte im Bereich grĂŒner und blauer Wasserstoff konkret anzureizen? Wie wĂŒrde sich der Markt ohne solche Maßnahmen entwickeln?

Die spannende Frage ist: Wie vermeidet man das sogenannte Henne-Ei-Dilemma, bei dem potenzielle Hersteller von Wasserstoff ihre Investition an eine gesicherte Nachfrage knĂŒpfen, die potenziellen Abnehmer ihre aber wiederum an ein gesichertes Angebot. Hier können Instrumente, die entsprechende Investitionen anregen, helfen.

Unter anderem soll auch die CO2-Verpressung im Untergrund gefördert werden. Wie bewerten Sie diese Maßnahme? Welche Potenziale sehen Sie hier etwa in puncto Wirtschaftlichkeit und Realisierbarkeit, auch im Vergleich zu Wasserstoff?

Wasserstoff und Carbon-Capture-Technologien (CCUS) gehen ein StĂŒck weit Hand in Hand. CCUS ist nicht nur unverzichtbar, um unvermeidbare Restemissionen zu eliminieren, sondern die Technologie kann auch die Basis einer CO2-Kreislaufwirtschaft bilden, die die Abscheidung, anschließende Nutzung und erneute Abscheidung von CO2 sicherstellt − eine Art Pfandsystem. CO2 ist beispielsweise ein wichtiger Rohstoff, um grĂŒnen Wasserstoff in dringend benötigte synthetische Kraftstoffe umzuwandeln.

Welche Chancen eröffnet das Instrument fĂŒr den deutschen Maschinen- und Anlagenbau, etwa beim Bau von Elektrolyseuren?

Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau ist bereits fĂŒhrend bei der Wasserstoff- und auch CCUS-Technologie. Auch die vielfĂ€ltige Industriedichte in Deutschland bietet optimale Voraussetzungen, um Deutschland als Klimachampion und Vorreiter zu positionieren. Die Gefahr ist aber groß, dass andere LĂ€nder und Regionen uns ĂŒberholen, und das liegt vor allem daran, dass die bĂŒrokratischen Verfahren fĂŒr die Umsetzung von konkreten Projekten viel zu langwierig sind. Da sind andere LĂ€nder deutlich effektiver, effizienter und dadurch auch schneller.

Inwieweit erfĂŒllen Ihre Anlagen die Vorgaben der Richtlinie?

Wir bieten bereits eine Vielzahl von Technologien an, die Industriekunden helfen, ihre CO2-Emissionen zu reduzieren. Unter anderem haben wir betrĂ€chtlich in unser Tochterunternehmen H-Tec Systems investiert, um das Unternehmen in den nĂ€chsten Jahren zu einem der Top-3-Anbieter fĂŒr Elektrolyseure zur Erzeugung von grĂŒnem Wasserstoff zu entwickeln. Schon heute bietet H-Tec Systems das sogenannte Hydrogen Cube System (HCS) an, ein modulares Baukastensystem, um große PEM-Elektrolyseanlagen im Bereich 10 bis 100 MW zu realisieren. Wie alle anderen Hersteller arbeiten wir mit Hochdruck an einer Serienfertigung von Elektrolyse-Stacks und planen dazu den Bau einer Gigafactory bei Hamburg. Zudem kommen unsere Kompressoren weltweit bereits in mehr als 30 Carbon-Capture-Projekten zum Einsatz und sind somit bereits technisch ausgereift. Außerdem bieten wir industrielle GroßwĂ€rmepumpen an, um große Industrieanlagen nachhaltig mit ProzesswĂ€rme und -kĂ€lte zu versorgen.

Was sind die Spezifika und Unterscheidungsmerkmale ihrer Komponenten im Wettbewerb?

Wir decken mit unseren Technologien zum einen die gesamte Wasserstoffwertschöpfungskette von der Elektrolyse ĂŒber den Transport bis hin zu Reaktoren zur Umwandlung in synthetische Kraftstoffe ab. Zum anderen sind wir weltweit fĂŒhrend in der Produktion von Getriebekompressoren fĂŒr die CO2-Verdichtung. Weltweit hat kein Unternehmen in diesem Bereich mehr Erfahrung als wir. Auch unsere WĂ€rmepumpentechnologie beruht auf erprobten und ausgereiften Technologien. Wir sprechen also nicht von ZukunftsplĂ€nen, sondern von Technologien, die bereits seit vielen Jahren im Feld im Einsatz sind.

Welche konkreten Markterwartungen fĂŒr die kommenden Jahre haben Sie im Bereich Wasserstoff und gegebenenfalls CO2-Verpressung?

Wir haben eine Reihe von Kerntechnologien identifiziert, auf die wir uns kĂŒnftig konzentrieren werden. Alle diese Technologien haben einen immensen CO2-Hebel, um die Emissionen der Industrie und anderer energieintensiver Sektoren, die nur schwer zu elektrifizieren sind, zu reduzieren. Konkret sind das neben Elektrolyseuren und CCUS-GroßwĂ€rmepumpen und klimaneutral betriebene Motoren fĂŒr Schifffahrt und Energiegewinnung. Wir gehen davon aus, dass wir allein mit diesen Technologien bis zu zehn Prozent der weltweiten CO2-Emissionen adressieren können.

Die Bundesregierung erwĂ€gt neben den KlimaschutzvertrĂ€gen auch das Instrument der grĂŒnen LeitmĂ€rkte umzusetzen (s. Infokasten). Der Staat kann dabei klimaneutral hergestellte Grundstoffe in seiner eigenen Beschaffung bevorzugen oder durch regulatorische Maßnahmen deren Einsatz vorschreiben. Der Wissenschaftliche Beirat empfiehlt, den grĂŒnen LeitmĂ€rkten den klaren Vorrang gegenĂŒber KlimaschutzvertrĂ€gen zu geben. Wie bewerten Sie die Ergebnisse dieses Gutachtens?

Über den Prozess der eigenen Beschaffung könnte die Bundesregierung mit gutem Beispiel vorangehen und zugleich einen großen Hebel umlegen. Umso grĂ¶ĂŸer ist dieser Hebel, wenn aus den grĂŒnen LeitmĂ€rkten regulatorische Rahmenbedingungen hervorgehen, die Standards vorschreiben, welche sich mithilfe klimafreundlicher Technologie adressieren ließen. Am Ende brauchen wir eine smarte Kombination aus wirksamer Förderung und einem regulatorischen Rahmen, in dem es stets wirtschaftlicher ist, das CO2 abzuscheiden und anschließend wieder zu nutzen oder zu speichern, als es zu emittieren.

KlimaschutzvertrĂ€ge versus grĂŒne LeitmĂ€rkte

Die Bundesregierung setzt bei der Förderung klimaneutraler Produktionsprozesse in der Grundstoffindustrie grundsĂ€tzlich auf zwei neue Instrumente: KlimaschutzvertrĂ€ge und grĂŒne LeitmĂ€rkte. Ein grĂŒner Leitmarkt ist ein staatlich geschaffener oder geförderter Markt fĂŒr klimaneutral produzierte Grundstoffe. Dabei kann der Staat grĂŒne Grundstoffe in seiner eigenen Beschaffung bevorzugt verwenden oder er kann durch regulatorische Maßnahmen vorschreiben, dass private Haushalte und Unternehmen in bestimmten Bereichen nur Produkte verwenden dĂŒrfen, die einen bestimmten Anteil grĂŒner Grundstoffe beinhalten.

Der Wissenschaftliche Beirat beim BMWK empfiehlt, dem Instrument der grĂŒnen LeitmĂ€rkte den klaren Vorrang gegenĂŒber KlimaschutzvertrĂ€gen zu geben. Laut dem Vorsitzenden des Wissenschaftlichen Beirats, Prof. Klaus Schmidt, sind KlimaschutzvertrĂ€ge anfĂ€llig fĂŒr eine Überförderung. Zudem bestehe die Gefahr, den Wettbewerb zu behindern und die Entwicklung neuer Technologien auszubremsen. Prof. Achim Wambach, Mitglied der Arbeitsgruppe, begrĂŒndet seine EinschĂ€tzung so: „GrĂŒne LeitmĂ€rkte fördern den Wettbewerb, neue Anbieter können in den Markt kommen, und ĂŒber die Preiswirkung gibt es starke Anreize, klimafreundliche Technologien zu verbessern und kostengĂŒnstiger zu machen.“

Autor: Michael Nallinger


Eine Wasserstoffinfrastruktur fĂŒr die Energiewende

Eine Wasserstoffinfrastruktur fĂŒr die Energiewende

GrĂŒner Wasserstoff soll in Zukunft vielen Sektoren zur KlimaneutralitĂ€t verhelfen. Doch noch gibt es LĂŒcken in der Umsetzung beim Transport sowie bei der Speicherung. Das vom Bundesministerium fĂŒr Bildung und Forschung (BMBF) geförderte H2-Leitprojekt TransHyDE betrachtet verschiedene molekulare Transportoptionen fĂŒr grĂŒnen Wasserstoff: gasförmigen Wasserstoff (GH2), flĂŒssigen Wasserstoff (LH2), Ammoniak (NH3) sowie organische TrĂ€gerflĂŒssigkeiten (Liquid Organic Hydrogen Carrier, kurz: LOHC).

Am 30. Dezember 2022 fand in Berlin die erste wissenschaftliche Konferenz des Leitprojekts TransHyDE statt, bei der techno-ökonomische und regulatorische Hindernisse auf dem Weg zu einer effizienten Speicher- und Transportinfrastruktur im Fokus standen. Dabei stellten Projektmitarbeitende wichtige LösungsansÀtze und Erkenntnisse aus ihren Forschungsarbeiten vor und diskutierten diese mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft.

Ganzheitliche Systemanalyse zur Infrastruktur

In der fachlichen Eröffnung der wissenschaftlichen Konferenz illustrierte Prof. Dr. Mario Ragwitz (Fraunhofer IEG) die herausgehobene Relevanz der Sektorkopplung in einem klimaneutralen zukĂŒnftigen Energiesystem. Insbesondere durch die KomplexitĂ€t der Modellierung von Multienergiesystemen sowie der hohen erforderlichen rĂ€umlichen Auflösung der dazugehörigen Infrastrukturen wird der Arbeitsauftrag von TransHyDE verdeutlicht. Lediglich durch die ganzheitliche Vereinigung von systemanalytischen Modellen sowie spezifischem Fachwissen ließen sich die offenen Fragen der Energiewende beantworten.

Dr. Joshua Fragoso Garcia (Fraunhofer ISI) beschĂ€ftigte sich in seinem Beitrag mit der Frage, wie der europĂ€ische Wasserstoffbedarf kosteneffizient gedeckt werden kann. Hierzu untersuchte er modellbasiert zwei Szenarien, die sich hauptsĂ€chlich in ihren Wasserstoffbedarfen unterscheiden (Basisszenario: H2 nur als Grundstoff fĂŒr die Chemie- und Stahlindustrie; erweitertes Szenario: breitere Anwendung von Wasserstoff zusĂ€tzlich im Bereich der ProzesswĂ€rme, Lkw auf der Langstrecke, und dezentralen WĂ€rmeversorgung).

Die Modellergebnisse zeigen, dass in Europa ausreichend erneuerbare Potenziale vorhanden sind, um den Großteil des Wasserstoffbedarfs kosteneffizient zu decken (siehe Abb. 1). AußereuropĂ€ische H2-Importe sind kostengetrieben nur in kleinem Umfang Teil der Lösung (~10 % bzw. 12,7 % der modellierten 1.383 TWh bzw. 2.495 TWh im Jahr 2045 im Basisszenario bzw. erweiterten Szenario). FĂŒr den innereuropĂ€ischen Ausgleich von Wasserstoffangebot und -nachfrage zeigen die Szenarienergebnisse einen Vorteil fĂŒr regionale Wasserstofferzeugung (s. Abb. 2) mit gekoppeltem Ausbau von H2-Pipelines, welche Nord- und SĂŒdeuropa mit Mitteleuropa verbinden.

Sicherer Wasserstofftransport: RealitÀt statt Vision

Durch die systemanalytische Forderung, grĂ¶ĂŸere Mengen an gasförmigem Wasserstoff ĂŒber Pipelines zu transportieren, stellen sich unmittelbare Sicherheitsfragen, welchen Dr. Frank Schweizer (Fraunhofer IWM) sowie Prof. Dr. JĂŒrgen Wöllenstein (Fraunhofer IPM) in ihrem Vortrag begegneten. Die Referenten hoben hierbei hervor, dass Stahlproben bereits in Wasserstoffumgebung hinsichtlich relevanter Verfahren und rechnerischer Konzepte bezogen auf statische Lasten, ErmĂŒdung und Rissfortschritt auf ihre WasserstoffvertrĂ€glichkeit geprĂŒft werden können. DarĂŒber hinaus ist eine genaue und kostengĂŒnstige Detektion von Wasserstoffleckagen, beispielsweise ĂŒber die charakteristische WĂ€rmeleitfĂ€higkeit oder die Schallgeschwindigkeit des Wasserstoffs, möglich.

Neben der sicherheitsrelevanten H2-Leckagemessung ist gleichermaßen die GewĂ€hrleistung einer kontinuierlichen QualitĂ€t des transportierten Wasserstoffs erforderlich. Dr. Achim Zajc (Meter‑Q Solutions) stellte in seinem Beitrag mit dem firmeneigenen Nanogasprozesschromatographen (MGC) eine Möglichkeit vor, Wasserstoffgas und seine Verunreinigungen mit hoher Genauigkeit messen zu können. Der MGC macht sich hierbei die herausragende WĂ€rmeleitfĂ€higkeit des Wasserstoffs zunutze. Durch die direkte Kopplung des MGC an Pipelines lassen sich nicht nur die Anforderungen der Gasgruppe A (G260 9/2020) erfĂŒllen, sondern ebenso die Messzeiten (< 45 s) und anfallenden Emissionen erheblich verringern, da unnötige BypĂ€sse, lange Transportwege und Wasserstoffemissionen vermieden werden können.

Ammoniak: Viel mehr als nur ein chemischer H2-Speicher

Ammoniak ist bereits heute zentraler Grundstoff verschiedener Industrien und wird als MolekĂŒl fĂŒr effizienten interkontinentalen Energietransport sowie zahlreiche Direktanwendungen diskutiert. Trotz bereits vielseitiger Einsatzmöglichkeiten könnte die Wandlung von Ammoniak zu Wasserstoffgas (Reformierung) in verschiedenen Szenarien zur Deckung des H2-Bedarfs erforderlich werden. Das energiewirtschaftliche Potential der Reformierung stellte Dr. Michael Poschmann (Max-Planck-Institut CEC) bei der Vorstellung von Forschungsarbeiten zur Verbesserung der eingesetzten Katalysatoren in den Mittelpunkt. Mittels speziell zu diesem Zweck entwickelter ReformierprĂŒfstĂ€nde (Druckbereich bis 40 bar) werden wesentliche Charakteristika der Reaktion (wie Umsetzungsgrad, Reaktionskinetik etc.) fĂŒr verschiedene Katalysatormaterialien und -strukturen analysiert und mit bekannten Katalysatoren aus Ă€hnlichen Katalyseprozessen verglichen.

Eine der vielseitigen direkten Anwendungsmöglichkeiten von Ammoniak wurde nachfolgend von Prof. Dr. Hinrich Mohr (GasKraft Engineering) am Beispiel eines ammoniakbetriebenen Verbrennungsmotors ausgefĂŒhrt, der mit einer Leistung von 350 kW Anwendung in der Binnenschifffahrt finden kann. Erste Einzylinder-Verbrennungsversuche eines 50/50-Gasgemischs aus NH3/H2 bei Teillastbetrieb mit einem Mitteldruck von 11 bar erreichten bereits eine Effizienz von 39 Prozent.

Klaas BĂŒsen (Hochschule Wismar) ergĂ€nzte die prĂ€sentierten Themen im Zusammenhang einer Ammoniak-Wertschöpfungskette um weitere Aspekte. In seinem Vortrag stellte er flexible Betankungs- und Bebunkerungskonzepte (sowohl an Land als auch auf See) sowie Technologien zur GewĂ€hrleistung der Anwendungssicherheit vor. Unter Betrachtung technologischer, wirtschaftlicher und ökologischer Gesichtspunkte erfolgt eine szenarienbasierte Bedarfsplanung fĂŒr die Transportlogistik von Ammoniak mit dem StĂŒtzjahr 2035.

I.E. Philip Green (Australische Botschaft in Berlin) hob die Frage der Transportlogistik auf ein globales Niveau und skizzierte die Möglichkeiten einer kĂŒnftigen Ammoniaktransportkette von Australien nach Deutschland. Durch Projekte wie das Asian Renewable Energy Hub (26 GW Wind- und PV-Erzeugungsleistung), mit dem Australien enorme Investitionen in die Ausschöpfung seiner Erneuerbare-Energien-Potentiale tĂ€tigt, werden sich perspektivisch große Mengen grĂŒnen Wasserstoffs (gebunden in Ammoniak) jĂ€hrlich exportieren lassen. Durch die niedrigen Stromgestehungskosten in Australien sowie geringe Zusatzkosten fĂŒr die Ammoniaksynthese, den Schiffstransport und die Reformierung sollen wettbewerbsfĂ€hige Preise möglich sein.

FlĂŒssigwasserstoff – erprobte Transportoption mit Potential

Eine zum Ammoniak alternative Transport- und Speicheroption stellt FlĂŒssigwasserstoff dar. Dr. Michael J. Wolf und Sebastian Palacios V. (beide Karlsruher Institut fĂŒr Technologie) stellten in ihren VortrĂ€gen die einzigartigen Eigenschaften von LH2, dessen Chancen, aber auch spezifische Herausforderungen vor, die in einem kĂŒrzlich erschienen Whitepaper auf der Leitprojekte-Webseite nĂ€her erlĂ€utert werden. Wesentliche Effizienzsteigerungspotentiale ließen sich beispielsweise in Kombination mit Hochtemperatursupraleitern bei gekoppeltem Strom- und Wasserstofftransport (hybride Pipeline) oder bei elektrischen Komponenten durch Erhöhung der Leistungsdichte erschließen. Prof. Alexander Alekseev (Linde) veranschaulichte anhand eines dynamischen Simulationsmodells einer LH2-Transportkette im Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtszustand, dass eine schnellere und effizientere BefĂŒllung sowie Entleerung von LH2-Tanks durch großskalige Zentrifugal-LH2-Pumpen vorteilhaft sein könnte.

WĂ€rmenutzung bei LOHC-Prozessen

FĂŒr die Transport- und Speicherlogistik von flĂŒssigen organischen WasserstofftrĂ€gern zeigen sich ebenfalls starke Optimierungsmöglichkeiten. Beispielsweise lĂ€sst sich die Effizienz steigern, indem die AbwĂ€rme bei der Hydrierung oder zur Dehydrierung die industrielle ProzesswĂ€rme vor Ort genutzt wird, wie Monja Grote (Hamburger Hafen und Logistik AG) und Siying Huang (Hydrogenious LOHC Technologies) erlĂ€uterten. Außerdem sind weite Teile der bestehenden Infrastruktur fĂŒr flĂŒssige Brennstoffe ökonomisch weiterhin nutzbar, da Hydrogenious das Thermalöl Benzyltoluol als LOHC verwendet, welches sich Ă€hnlich einfach handhaben lĂ€sst wie Diesel. Über die Hebung dieser Potentiale lasse sich der Business Case rund um die Versorgungsketten mittels LOHC weiter ausgestalten und perspektivisch in die Realwirtschaft transferieren, so die Referentinnen.

Keine Wasserstoffwirtschaft ohne Normung

Alle vorgestellten Technologien setzen fĂŒr ihre praktische EinfĂŒhrung jedoch einheitliche Vorgaben wie Normen, Standards und Zertifizierungen voraus. Hierzu erlĂ€uterte Thomas Systermans (DVGW) die bisherigen Ergebnisse einer Bestandsanalyse technischer Regelwerke, welche die Transportoptionen in TransHyDE umfassen. Die statistischen Auswertungen bezĂŒglich der H2-Tauglichkeit zeigen, dass 57 Prozent der 693 Dokumente auf Wasserstoff anwendbar sind. Weitere zwei Prozent weisen lediglich eine beschrĂ€nkte H2-Tauglichkeit auf, wĂ€hrend 41 Prozent nicht fĂŒr Wasserstoff geeignet sind. Die konsolidierten Daten mĂŒnden in einem nĂ€chsten Schritt in eine Bedarfsanalyse der zu ĂŒberarbeitenden Normen, aus welcher schlussendlich eine Handlungsempfehlung zur Schließung der LĂŒcken erfolgt.

Die enorme Relevanz eines konsistenten Rechtsrahmens fĂŒr den Aufbau einer Transport- und Speicherinfrastruktur stellten im darauffolgenden Vortrag Friederike Allolio und Leony Ohle (beide IKEM) heraus. In ihrer Studie wurden LĂŒcken im bestehenden Rechtsrahmen entlang der gesamten H2-Wertschöpfungskette mit Schwerpunkt auf der Transportinfrastruktur identifiziert. Insbesondere durch langwierige und komplexe Genehmigungsverfahren ergeben sich konkrete Hindernisse bei dem Ausbau einer Infrastruktur.

Forschungsministerin sieht in H2 „fehlendes PuzzlestĂŒck”

Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger ergĂ€nzte in einer Live-Zuschaltung die politische Perspektive. Sie verdeutlichte die Relevanz der Energiewende fĂŒr viele Herausforderungen in unserer gegenwĂ€rtigen unruhigen und von Krisen geprĂ€gten Zeit. KlimaneutralitĂ€t lasse sich nur ĂŒber einen schnellen Ausbau der erneuerbaren Energien sowie die Nutzung von Wasserstoff als vielseitig einsetzbarem EnergietrĂ€ger erreichen. Stark-Watzinger betonte, dass die Kombination aus Forschung und praktischen Demonstrationen die Grundlage bilde, um den Entwicklungs- und Ausbauprozess der Wasserstofftechnologien zu beschleunigen. TransHyDE demonstriert als Teil der H2-Leitprojekte, wie die Hindernisse auf dem Weg zu einer Wasserstoffinfrastruktur aus dem Weg gerĂ€umt werden können, und zeigt passende LösungsansĂ€tze auf. Mithilfe dieser Projektergebnisse wird die Basis fĂŒr die Etablierung einer Wasserstoffwirtschaft geschaffen.

Techno-ökonomische und regulatorische LĂŒcken

Abschließend fand unter der Moderation von Lea-Valeska Giebel (dena) eine Panel-Diskussion mit Teilnehmenden aus Forschung, Industrie und Zivilgesellschaft statt. Die ĂŒbergeordnete Fragestellung fokussierte sich auf die techno-ökonomischen und regulatorischen LĂŒcken beim Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft.

Neben den TransHyDE-Koordinatoren Prof. Dr. Robert Schlögl (Direktor Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft) und Prof. Dr. Mario Ragwitz diskutierten Piotr Kuƛ (General Director ENTSOG) und Ralph Bahke (Managing Director ONTRAS) aus der Industrie sowie Ulrike Hinz (Policy Advisor Klima und Energie WWF Deutschland), vertretend fĂŒr die Zivilgesellschaft, miteinander. Hierbei verdeutlichte Piotr Kuƛ die KomplexitĂ€t der Aufgabe, kĂŒnftige Wasserstoffinfrastrukturen in bestehende Energieinfrastrukturlandschaften zu integrieren. Seiner Ansicht nach geschieht dies idealerweise in einer Bottom-up-Verfahrensweise.

FĂŒr Ulrike Hinz besteht die wesentliche Herausforderung in der ganzheitlichen Betrachtung der Aspekte Klima- und UmweltvertrĂ€glichkeit, Versorgungssicherheit und Bezahlbarkeit. Ihrer Meinung nach ist eine grundlegende Aufgabe der Ausbau der erneuerbaren Energien als Voraussetzung fĂŒr die Etablierung einer grĂŒnen Wasserstoffwirtschaft. GrundsĂ€tzliche Einigkeit bestand bei den Panelisten ĂŒber die Relevanz der Entwicklung eines regulatorischen Rahmens. Wobei fĂŒr Ralph Bahke geeignete Finanzierungsmodelle einer kĂŒnftigen Wasserstoffwirtschaft eine besondere Rolle in diesem Rahmen einnehmen.

Robert Schlögl und Mario Ragwitz komplementierten, dass der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in Deutschland Technologieoffenheit und europĂ€ische Zusammenarbeit benötige. FĂŒr die Planung und Entwicklung der Infrastruktur werden alle Optionen Beachtung finden und entsprechend systemanalytischer Optimierung verwendet werden.

AutorInnen: Fenja Bleich, fenja.bleich@cec.mpg.de
Hauke Hinners, hauke.hinners@cec.mpg.de
beide vom Max-Planck-Institut fĂŒr Chemische Energiekonversion, MĂŒlheim a. d. Ruhr

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