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– Inhaltsverzeichnis der Online-Version des Buchs „Wasserstoff und Brennstoffzellen – Die Technik von gestern, heute und morgen“
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Tomoho Umeda ist wahrlich eine imposante Persönlichkeit. Der japanischstämmige Unternehmer zieht die Blicke auf sich, sobald er einen Raum betritt. Umeda ist der Gründer von Hynfra und Hynfra Energy Storage und fördert als strategischer Berater Wasserstofftechnologien sowie groß angelegte Lösungen für erneuerbare Energien. Er ist zudem Vorsitzender des Ausschusses für Wasserstofftechnologie bei der polnischen Handelskammer, Vorstandsmitglied der Vereinigung Hydrogen Poland und Mitglied von Hydrogen Europe sowie der European Clean Hydrogen Alliance.
HZwei: Herr Umeda, Sie sind Vorstandsvorsitzender eines der wichtigsten Unternehmen der Wasserstoffwirtschaft in Polen. Was motiviert Sie besonders in Hinblick auf die Entwicklung von Wasserstoff?
Umeda: Ich war vorher an der strategischen Beratung für zwei Branchen beteiligt: für die chemische Industrie und für die Energiewirtschaft – insbesondere für die japanische Energiewirtschaft. Im Jahr 2014 nahmen uns die Japaner mit in ein Werk, das Wasserstoff herstellt. Dort habe ich erkannt, dass ich mit meinem Wissen über die chemische Industrie und die Energiewirtschaft wirklich eine sehr gute Grundlage habe. Und seitdem beschäftige ich mich aktiv mit Wasserstoff. Ich habe einige der besten Leute, die ich in der Energie- und in der Chemieindustrie kennengelernt habe, eingeladen, sich zusammenzutun und dieses Unternehmen gemeinsam zu gründen. Denn Wasserstoff verbindet beide Bereiche sehr gut.
Wenn wir heute über Wasserstoff reden, sprechen wir eigentlich über das gesamte Spektrum, also auch über seine Derivate, einschließlich Ammoniak und Methanol. Was das Ammoniak betrifft, so verfügt Polen seit hundert Jahren über umfangreiche Erfahrungen in der Synthese von Ammoniak und im Umgang mit Wasserstoff. Die effektivsten Syntheseverfahren oder Optimierungen dieser Verfahren wurden ebenfalls in Polen durchgeführt. Damit ist Polen auf der Welt konkurrenzlos. Wenn wir uns heute das Chemieunternehmen Zakłady Azotowe Puławy anschauen, dann basieren deren Prozesse wesentlich auf dieser Technologie. Sie ist damit ein Schlüsselelement der Energieoptimierung in Polen.
Was den polnischen Markt sicherlich vom deutschen Markt unterscheidet, ist das Vorhandensein von Fernwärme und die Tatsache, dass unsere Wärme ein reguliertes Gut ist. Die Geschäftsparameter für solche Kraft-Wärme-Kopplungs- oder Polygenerationssysteme, die aus erneuerbaren Energien, Wasserstoff und Fernwärme bestehen, können dadurch sicherer vorhergesagt werden. Und das ist in der Tat die Richtung, in die wir weiter gehen wollen. In Polen wird dieser Wasserstoffmarkt ein fragmentierter Markt sein, denn die Fernwärme ist eine Grundlage für uns, um diese erneuerbaren Wasserstoffsysteme zu schaffen. Es sind mehr als 400 Städte, die mit Fernwärme ausgestattet sind.
Die gesamte postkommunistische Region verfügt über genau die gleiche Infrastruktur, denn sowohl in der Ukraine als auch in Russland, der Tschechischen Republik, der Slowakei, Ungarn und im Norden, in den baltischen Ländern bis hin zu Finnland gibt es im Grunde die gleichen Systeme, auch weiter im Osten, der Mongolei und China. Es ist alles im Grunde sehr ähnlich. Ein ähnlicher Aufbau. Das ist eine großartige Basis für uns. Nicht nur für die Dekarbonisierung einer Stadt oder einer lokalen Regierungseinheit, sondern auch für die Schaffung neuer Ökosysteme auf der Grundlage dieser Netze.
Deutschland will nur grünen Wasserstoff nutzen. Die Projekte, die Sie durchführen, im polnischen Sanok oder dem ukrainischen Butscha, wo Sie ebenfalls aktiv sind, basieren ebenfalls auf grünem Wasserstoff. Würden Sie auch Wasserstoff verwenden, der mit anderen Energiequellen erzeugt wurde?
Wir setzen auf die erneuerbaren Energien, also entweder auf Wasserstoff aus Elektrolyse oder aus Biogas/Biomasse. Im Falle der Biomasse, die immer als erneuerbar gelten wird, schließen wir zumindest die Möglichkeit der Entwicklung von Projekten mit sogenanntem blauem Wasserstoff oder generell mit Systemen, die auf der Eliminierung von Kohlendioxid beruhen, nicht völlig aus. Fossile Brennstoffe hingegen werden wir nicht akzeptieren, weil wir glauben, dass diese EU-Verordnungen oder generell die Richtung, die wir weltweit in den Pariser Abkommen vereinbart haben, eindeutig ist. Ich verstehe ja jene Unternehmen, die versuchen, ihre bestehende Infrastruktur, ihre bestehenden Anlagen zu behalten und sie ein wenig zu modifizieren. Aber das ist das Problem dieser Unternehmen. Es ist nicht unser Problem. Wir sind nicht mit solchen Anlagen belastet und wir sind frei, um erneuerbare Energien zu nutzen.
Wenn ich aber an die Ukraine und Wasserstoff denke, kommt mir sofort die Kernkraft in den Sinn.
Die Kernenergie ist ein ganz anderes Thema, das sehr interessant ist. Ich denke, dass im Zusammenhang mit dem, was in letzter Zeit mit dem Überschuss an erneuerbaren Energien passiert ist, allmählich klar wird, warum Deutschland sich von der Kernenergie abgewendet hat. Denn wenn heute die Kernenergie im deutschen System immer noch einen bedeutenden Teil des sogenannten Sockels ausmachen würde, dann wäre eine Steigerung der Effizienz bei der Produktion aus erneuerbaren Quellen erschwert. Nun, es ist klar, dass die Kernenergie zwar sauber sein mag, aber systemisch gesehen ist sie einfach nicht sehr rational. Generell sehe ich diese Realität aber ein wenig anders, denn ich habe immer noch den Eindruck, dass wir ständig von Dekarbonisierung reden und dass wir uns irren, wenn wir nur über die Stromsysteme reden und nicht über den gesamten Energieverbrauch der Wirtschaft. Ich habe bis jetzt keine schlüssigen deutschen Ideen gesehen, wie man mit der Dekarbonisierung des gesamten Energieverbrauchs in der Wirtschaft umgehen will.
Ist der deutsche Markt für Ihr Unternehmen interessant? Versuchen Sie, dort Projekte vor Ort zu realisieren?
Wir haben darüber nachgedacht und sogar einige Versuche unternommen. Aber wir haben den Eindruck, nachdem wir verschiedene Vorstudien und Berechnungen durchgeführt haben, dass es paradoxerweise viel schwieriger ist, Wasserstoffprojekte auf dem deutschen Markt zu entwickeln als hier. Erstens ist dort schon ein hoher Sättigungsgrad mit erneuerbaren Energien vorhanden. Paradoxerweise würde ich jedoch sagen, dass es angesichts einer gewissen geografischen Ähnlichkeit für uns schwierig ist, die Modelle, die in Polen praktikabel sind und keine finanziellen Lücken aufweisen, auf Deutschland zu übertragen. Dort werden diese finanziellen Lücken, die bei diesen Projekten auftreten, mit Subventionen finanziert. Das wiederum führt zu einem neuen Wettbewerb, einem ungesunden Wettbewerb um Fördermittel. Wir führen unsere Projekte aber im Nullmodell durch, ohne Subventionen. Die Projekte müssen sich finanziell tragen. Deshalb haben wir uns aus dem deutschen Markt vorerst zurückgezogen.
Schon seit 2005 existiert Österreichs erstes und führendes Wasserstoffforschungszentrum HyCentA. Nach einem Aufstieg im COMET-Förderprogramm (Competence Centers for Excellent Technologies) setzt es seine Forschung am Campus der TU Graz nun als K1-Kompetenzzentrum fort.
Das HyCentA, Hydrogen Research Center Austria, an der TU Graz ist Österreichs führendes Forschungszentrum für Wasserstofftechnologien. Seit der Gründung im Jahr 2005 ist HyCentA darauf spezialisiert, neuartige technologische Lösungen für Elektrolyse, H2-Speicherung und Brennstoffzellen zu entwickeln, Innovationen gemeinsam mit Partnern umzusetzen und Technologien von der Idee bis zur Marktreife zu begleiten.
Alexander Trattner, wissenschaftlicher Leiter des HyCentA, erklärt: „Wir wollen die nachhaltige Wasserstoffgesellschaft wesentlich voranbringen, denn wir sind überzeugt davon, dass grüner Wasserstoff Teil der Lösung für ein klimaneutrales Energiesystem sein muss. Die Genehmigung des COMET-K1-Zentrums ermöglicht uns die umfassende Erforschung der besonders zukunftsrelevanten Wasserstofftechnologien Elektrolyseure, Speichersysteme und Brennstoffzellen. Wir können uns damit auch verstärkt der gesamthaften Betrachtung von Wasserstoff in den Bereichen Elektrizität, Wärmeversorgung, Verkehr und Industrie widmen. Basierend auf der jahrzehntelangen Erfahrung in der Forschung und Entwicklung sowie Hunderten von erfolgreich durchgeführten Projekten ermöglicht das COMET-K1-Programm langfristig orientierte Forschung am HyCentA.“
COMET-Netzwerk COMET baut Brücken zwischen Wissenschaft und Wirtschaft für eine nachhaltige Zukunft. Es ist das österreichische Flaggschiff-Programm von Wirtschaft und Wissenschaft zur Förderung von Spitzenforschung. Es fördert den Aufbau von Kompetenzzentren für exzellente Technologien – den COMET-Zentren.
Das etwa 80-köpfige Team des HyCentA arbeitet in vier Areas organisiert. Angestrebt wird eine Kostensenkung der Technologien, die Verringerung der Degradation und eine Erhöhung der Effizienz elektrochemischer Zellen. Zudem sollen die ideale Kombination der Schlüsseltechnologien und Optimierungspotenziale durch die Kopplung der Sektoren Energiewirtschaft, Industrie und Mobilität identifiziert werden. Letztendlich wird dadurch ein höherer Eigenversorgungsgrad mit erneuerbarer Energie, eine Steigerung der Resilienz des Energiesystems und die Standortsicherung durch die Schaffung heimischer Wertschöpfung angestrebt. Insgesamt forschen rund 40 führende nationale und internationale wissenschaftliche Partner und Unternehmen zusammen mit dem HyCentA im COMET-Programm an H2-Technologien.
Area 1: Elektrolyse und Power-to-X
Die Area 1 deckt alle Technologien ab, die der nachhaltigen und emissionsfreien Herstellung von Wasserstoff und Chemikalien zur Speicherung von Wasserstoff dienen. Die wichtigsten Technologien im Bereich der H2-Erzeugung mittels Elektrolyse sind die bereits ausgereifteren AEL und PEMEL, Anwendungen im mittleren Technology-readiness-level (AEMEL und SOEL) und vielversprechende Ansätze mit niedrigem TRL (PCCEL). Ergänzend werden Ansätze für die Wasserspaltung durch Solarenergie (Photoelektrolyse) und die elektrochemische Herstellung von Chemikalien wie Wasserstoffperoxid und Ammoniak erforscht.
Das Ziel besteht in der Weiterentwicklung der Technologien, beginnend bei den Materialien über Zelle und Stack bis hin zum System. Obwohl die allgemeinen Ziele – Erhöhung der Lebensdauer und der Effizienz sowie Senkung der Kosten – für alle Technologien gelten, unterscheiden sich die spezifischen Forschungsansätze. In Bezug auf Effizienzsteigerung sind Design und Betriebsstrategien zu optimieren. In Anbetracht der langen Lebensdauer von Elektrolyseuren wird ein Schwerpunkt auf beschleunigte Alterungstests gelegt. Im Hinblick auf die Fertigungsprozesse wird auf eine stärkere Automatisierung der Herstellungs- und Montageprozesse fokussiert.
Area 2: Green Energy and Industry
Die Area 2 konzentriert sich auf Schlüsseltechnologien, die für H2-Anwendungen im Energie- und Industriesektor unerlässlich sind. Es werden stationäre und transportable Speichertechnologien auf der Basis von gasförmigen Druckspeichern, Metallhydridspeichern und der flüssigen Speicherung betrachtet. Synergien aus dem Zusammenspiel von stationären und On-board-Anwendungen werden durch die Entwicklung eines intelligenten Zusammenspiels von Verteilungs- und Logistiksystemen mit stationären Infrastrukturen genutzt. Geforscht wird unter anderem auch an elektrochemischer Kompression und Aufreinigung sowie an der Verstromung mittels stationärer Brennstoffzellen. Neben der Effizienz der betrachteten Technologien stehen ebenso die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Anlagen im Mittelpunkt der Forschung.
Area 3: Green Mobility
Den Schwerpunkt der Area 3 bilden Arbeiten an BZ- und H2-Speichersystemen, insbesondere für die Mobilitätsanwendungen. Dazu gehören PEM- und neue AEM-Zellen, Stacks und Systeme sowie optimierte bestehende und alternative Speichersysteme. Die Forschungsarbeiten zielen auf die Generierung eines tieferen Verständnisses der Mechanismen von Brennstoffzellen und Speichersystemen ab, um die Probleme in Bezug auf Leistung, Degradation, Kosten und Industrialisierung zu verstehen und durch geeignete Gegenmaßnahmen zu lösen.
Relevante Ergebnisse für die Schnittstellendefinition auf Ebene der Fahrzeugintegration und der Betankungsinfrastruktur werden genutzt, um die bestmögliche Basis für zukünftige Entwicklungen zu schaffen. Wesentliche Erkenntnisse werden für eine optimierte Produktion und Fertigung genutzt, um eine schnelle Marktreife und Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
Area 4: Circularity and System Optimization
In Area 4 werden lückenlose Tool-Chains entwickelt, um resiliente, sektorübergreifende Energiesysteme auf Basis von erneuerbarer Primärenergie sowie Wasserstoff zu untersuchen und zu optimieren. Mit diesen Simulationswerkzeugen können Betriebsstrategien für PtX-Anlagen entwickelt und Business Cases gestaltet werden.
Neuartige Test- und Messinstrumente für Brennstoffzellen und Elektrolyse sowie zugrundeliegende Mess- und Diagnosemethoden werden entwickelt, um Erkenntnisse über Degradationseffekte, Gesundheitszustand und vorausschauende Wartung zu gewinnen. Effiziente und kostengünstige Messwerkzeuge und -systeme werden für Anwendungen in der gesamten H2-Wertschöpfungskette umgesetzt, und ein umfassendes Wissen über die Eignung und Kompatibilität von Werkstoffen in Verbindung mit H2-Anwendungen wird aufgebaut.
Zur Gestaltung einer Kreislaufwirtschaft werden Analysen und Konzeptentwicklungen zu systemischen und ökonomischen Marktmodellen und Recyclingpotenzialen synoptisch übergeführt. Darüber hinaus werden zukünftige Potenziale von Prozessen und Technologien zum Recycling bewertet und im repräsentativen Small Scale evaluiert. Ein Ökobilanzmodell für Recyclingszenarien wird entwickelt, das neue und recycelte Materialien und Komponenten methodisch gegenüberstellt.
Testcenter für H2, BZ, Elektrolyseure
Testing ist integraler Bestandteil des Forschungsportfolios des HyCentA. In den Laboren und Prüfständen am HyCentA werden Performance, Sicherheit, Degradationsverhalten und Zuverlässigkeit im Realbetrieb mit Wasserstoff geprüft und getestet. Hierfür stehen eine Fülle von Prüfständen und Laboren zur Verfügung, die den hohen und maßgeschneiderten Anforderungen von etablierten Test- und Prüfroutinen genauso entsprechen wie spezialisierten Kundenanforderungen.
Die verschiedenen Tests, die auf den Prüfständen und in den Laboren durchgeführt werden können, umfassen beispielhaft Qualitätsuntersuchungen, Kalibrierdienstleistungen, Leistungs- und Effizienztests, Sicherheitstests, Lebensdauertests und Tests unter realen Umweltbedingungen. Das 1.200 m² große Testcenter umfasst unter anderem zwei Einzelzellen-Elektrolyseteststände, zwei Short-Stack-Elektrolyseteststände, einen Hochdruckprüfstand bis 1.000 bar mit Klimakammer, zwei Multifunktionsprüfstände, einen BZ-Kathodensubsystemprüfstand, einen BZ-Systemprüfstand bis 160 kW mit Klimakammer, ein Gasanalyselabor, ein analytisches und elektrochemisches Labor, einen elektrochemischen Kompressionsteststand, eine 350- und 700-bar-H2-Tankstelle, eine Testzelle für H2-Permeation und einen Autoklav zur H2-Materialkompatibilitätsbestimmmung von Proben.
TU Graz und HyCentA
Das HyCentA ist ein gemeinwohlorientiertes Forschungszentrum. Die Forschenden arbeiten in enger Kooperation mit der TU Graz schwerpunktmäßig in der industriellen Forschung in den Bereichen Elektrolyse, Brennstoffzelle und H2-Infrastrukturen. Gesellschafter des HyCentA sind neben der TU Graz (50 Prozent Anteile) auch die Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, Magna und die OMV. Finanziert wird das COMET-Kompetenzzentrum vom Bund – konkret vom Klimaschutzministerium (BMK) und dem Wirtschaftsministerium (BMAW) – und den Bundesländern Steiermark, Oberösterreich, Tirol und Wien. Für das professionelle Programm-Management ist seit mehr als 20 Jahren die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) verantwortlich.
Die TU Graz ist die traditionsreichste technisch-naturwissenschaftliche Forschungs- und Bildungsinstitution in Österreich. Seit mehr als 50 Jahren forscht die TU Graz erfolgreich in den Bereichen Elektrochemie und Wasserstoff. Heute ist der TU-Graz-Campus mit 160 Köpfen in der H2-Forschung und einer einzigartigen Labor- und Forschungsinfrastruktur in der europäischen Spitzengruppe. Die TU Graz deckt dabei die gesamte Wertschöpfungskette der erneuerbaren Wasserstoffwirtschaft von Erzeugung über Speicherung und Verteilung bis zur Anwendung ab und ist ein One-Stop-Shop der Wasserstoff-Technologieforschung, beginnend bei den Grundlagen bis hin zu angewandten Technologien und systemischen Aspekten.
Mit Spannung sind die Ergebnisse der EU-Projekte HyResponder und HyTunnel-CS erwartet worden. In diesen beiden Projekten haben sich in den letzten Jahren zahlreiche Experten aus der Industrie, der Feuerwehr und von Forschungseinrichtungen mit Bränden und Unfällen bei Wasserstoffanwendungen beschäftigt. Nunmehr ist bei der International Fire Academy (IFA) nachzulesen: „Wasserstoff-Fahrzeuge in Tunneln – große Gefahr für Einsatzkräfte!“
Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie (NWS) hat die Bundesregierung einen Handlungsrahmen für die künftige Erzeugung, den Transport, die Nutzung sowie die Weiterverwendung von Wasserstoff und damit für die entsprechenden Innovationen festgelegt. Wasserstoff kann einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten – als Kraftstoff für Autos, als Rohstoff für die Industrie oder als Brennstoff für Heizungen. Als vielseitiger Energieträger ist er in allen Sektoren einsetzbar und übernimmt somit eine Schlüsselfunktion in der Energiewende.
In Power-to-Gas-Anlagen wird grüner Wasserstoff CO2-neutral aus erneuerbaren Energien gewonnen, die sich so effektiv im Gasnetz speichern und transportieren lassen. Entsprechend euphorisch sind die Vertreter dieser Technologie.
Wasserstoff ist allerdings – hier genügt ein Blick in das Sicherheitsdatenblatt – ein extrem entzündbares Gas, das nunmehr immer häufiger und in größeren Mengen gelagert und transportiert wird. Damit sind die Feuerwehren und Behörden in Genehmigungsverfahren und zwangsläufig auch bei Einsätzen konfrontiert, wie nachfolgende Meldungs-Beispiele zeigen:
Lastwagen gerät an Wasserstofftankstelle in Brand
Zwei Schwerverletzte nach Wasserstofftank-Explosion
Wasserstofftankstelle explodiert
Schwierige Bergung – Unfall mit „Wasserstoff-Fahrzeug“
Herkömmliche Kraftstoffe wie Benzin und Diesel sind im Einsatzgeschehen der Feuerwehren bekannt. Bisher spielen alternative Kraftstoffe wie verflüssigtes Erdgas (Liquefied Natural Gas – LNG) oder Wasserstoff dabei eine noch sehr untergeordnete Rolle. Daher sind die Erfahrungen von Einsatzkräften damit auch eher gering.
Nun hat die Energiewende an Fahrt aufgenommen. Bedingt durch den Ukraine-Konflikt steigt die Nachfrage nach LNG und Wasserstoff stark an. Dazu kommt, dass die Erdgasnetze zukünftig mit Wasserstoff betrieben werden sollen. Zunächst mit einer Zumischung. Eine Vielzahl an technischen Regelungen und Forschungen ist dafür notwendig und wird derzeit schon in den Gremien abgestimmt und etabliert.
Das erfordert bei den Behörden und Einsatzorganisationen entsprechende Ressourcen für die Bearbeitung und für die Aus- und Fortbildung sowie für spezielle Einsatzmittel.
Wir beobachten, dass Wasserstoffanwendungen bereits etabliert sind, die Einsatzkräfte jedoch oft noch nicht über die entsprechenden Fähigkeiten zur Gefahrenabwehr verfügen.
EU-Projekte HyResponder und HyTunnel-CS
Im Rahmen des HyResponder-Projekts wurde in den letzten Jahren ein „European Emergency Response Guide“ entwickelt. Dieser wird gerade auf Länderebene präsentiert. In Deutschland fand die Veranstaltung dazu Ende Mai 2023 in Oldenburg statt, um die vorgeschlagenen Reaktionen auf „Wasserstoff im Einsatzfall“ in die Deutschen Fachkreise der Brandbekämpfung zu kommunizieren, in Österreich gab es die entsprechende Veranstaltung bereits im April.
Das wichtigste Ergebnis des europäischen Forschungsprojektes HyTunnel-CS, in dem die IFA die Perspektive der Feuerwehren vertrat, ist: „Gegen Rauch, Hitze und Stichflammen können sich Feuerwehr-Einsatzkräfte schützen, nicht aber gegen die Druckwelle von Explosionen von Wasserstofffahrzeugen in Tunneln. Deshalb gilt es, sicheren Abstand zu halten. Wie aber sollen dann Menschen gerettet und Brände wirksam bekämpft werden? Auf diese Frage gibt es noch keine befriedigende Antwort – obwohl immer mehr wasserstoffbetriebene Fahrzeuge zugelassen werden. Deshalb müssen die Feuerwehren jetzt sofort an geeigneten Lösungen arbeiten.“
Neben den Empfehlungen aus den Forschungsprojekten gibt es national und international noch andere wichtige Einsatzhilfen, wie etwa die ISO 17840 als erste weltweite Norm für die Feuerwehren. Zu wissen, wie die Energie in einem Fahrzeug gespeichert wird, kann den Unterschied bedeuten zwischen einem erfolgreichen Einsatz und einer möglicherweise unerwarteten Explosion, einem Gasaustritt, einer Stichflamme oder einem tödlichen Stromschlag.
Mehrere Hunderttausend Benutzer haben die Euro Rescue App heruntergeladen. Sie bietet Zugriff auf 1.400 Fahrzeugrettungsblätter in vier Sprachen. Der Internationale Feuerwehrverband (CTIF) forciert die Verbreitung und die Nutzung.
Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Einsatzkräfte den Fahrzeugtyp identifizieren können. Bei Bränden etwa in Tunneln oder Tiefgaragen ist das sehr schwer. Darauf zielt auch die erwähnte Aussage der IFA ab, denn die Einsatzkräfte gehen wie gewohnt vor und treffen dann plötzlich auf ein Brennstoffzellenfahrzeug. Selbst wenn das richtige Rettungsdatenblatt gefunden wird, sind die Informationen, etwa über notwendige Sicherheitsabstände für die Einsatzkräfte beim Brand des H2-Fahrzeuges, „ausbaufähig“.
Bei Bränden und Unfällen ist zu beachten, dass immer ein Szenario zu betrachten ist. Dazu zählt zwingend die Umgebung der Einsatzstelle, die bei den Einsatzplanungen mitzuberücksichtigen ist. Der Brennstoffzellenbus brennt beispielsweise nachts in der Garage, weil er neben einem brennenden anderen Fahrzeug steht. Der H2-Bus ist dabei nicht die Ursache, aber er verschärft das Szenario wesentlich. Es sind zwei grundlegende Bereiche zu betrachten: Die Wasserstoffanlage (H2-Bus, H2-Pkw) ist selbst die Ursache, oder – das ist wahrscheinlicher – die Wasserstoffanlage wird durch ein externes Ereignis betroffen. Im Genehmigungsverfahren müssen beide Varianten betrachtet werden.
Künstliche Intelligenz hat großes Potential
Auf der anderen Seite stehen durch neue Anwendungen der Digitalisierung, insbesondere durch die künstliche Intelligenz (KI), künftig Möglichkeiten rascher Informationsbeschaffung zur Verfügung, um die Gefahrenabwehr zu unterstützen. Viel kritisiert ist die lange Bearbeitungszeit bei den Behörden für ein Genehmigungsverfahren. Hier verspricht die Politik eine wesentliche Beschleunigung. Gerade hier kann mit KI viel Zeit gespart werden.
Insbesondere kann die Feuerwehr mit einem geeigneten KI-Modul die eingereichten Unterlagen schnell analysieren und die Plausibilität prüfen. Für Einsätze in Explosionsbereichen können Roboter und Drohnen – mit KI – entscheidende Vorteile bringen. So kann ein Roboter beispielsweise eine Tiefgarage einscannen. Insbesondere können Brennstoffzellenfahrzeuge in Tiefgaragen und Tunnelanlagen ohne Gefährdung des Einsatzpersonals identifiziert werden.
Ein Lösungsansatz wäre es, Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen mit einem Chip auszustatten, damit der Roboter oder die Drohne Fahrzeuge rascher identifizieren kann. Mit Messtechnik am Roboter könnte man auch den Austritt von Wasserstoff detektieren.
Explosionslagen können in der Realität nicht geübt werden, daher bieten sich für das Training Virtual Reality (VR) beziehungsweise Augmented Reality (AR) an. Wie Abbildung 3 zeigt, kann man bereits mit herkömmlichen, kostenfrei zugänglichen Programmen ein brauchbares Einsatzleiter-Training realisieren.
Gratwanderung
Wenn die Feuerwehr eine Aus- und Fortbildung sowie spezielle Einsatzmittel benötigt, bedeutet das nicht zwangsläufig, dass die H2-Technik fehlerhaft oder anfällig wäre. Es sind die neuen Szenarien (Massenunfall im Tunnel mit beteiligten H2-Lkw oder -Bussen), die das Risiko für die Einsatzkräfte wesentlich erhöhen.
Das alles ist in der Umsetzung „politisch brisant“, denn eigentlich sollte es bei Wasserstoff ja möglichst keine Probleme geben. Finanzielle Mittel für die Gefahrenabwehr sind „eher nicht“ vorgesehen. Die Einsatzorganisationen sind zunehmend mit einer Vielzahl an neuen Technologien und Energieträgern konfrontiert. Während der Umstellungsphase sind viele verschiedene Energieträger parallel in Anwendung. Für die Mitarbeiter im vorbeugenden Brand- und Gefahrenschutz sowie in der Einsatzplanung bedeutet das zurzeit häufig noch Neuland und „Learning by doing“. Der Arbeitsschutz ist dabei nicht nur für die H2-Tankstellenmitarbeiter und für die Fahrer der Tankwagen sicherzustellen, sondern auch im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung für die Einsatzkräfte.
Wie viel Fortbildung wollen wir unseren Feuerwehrangehörigen zukommen lassen? Derzeit gibt es noch keine speziellen Übungsanlagen in Deutschland. Die deutsche Innenministerin warnt vor „Anschlägen“ auf die Energieinfrastruktur, und auch gewalttätige Aktionen von Aktivisten sind zu berücksichtigen. Da ist nun die Einsatzplanung der Feuerwehr gefordert. Alternative Energien sind „eng“ damit verzahnt: Für die Gefahrenabwehr ist es sinnvoll, Synergieeffekte zu nutzen, beispielsweise sollten die Themen LNG und CNG bei den Wasserstofffortbildungen gleich mit eingebaut werden.
ISO 17840: Die erste weltweite Norm für Feuerwehren | CTIF – International Association of Fire Services for Safer Citizens through Skilled Firefighters
Petter, F.: First on site: Decision-making training for incident commanders in vehicle fires, interne Studie, unveröffentlicht
000 Nutzer haben die Euro Rescue App heruntergeladen – Zugriff auf 1.400 Fahrzeugrettungsblätter in 4 Sprachen | CTIF – Internationaler Verband der Feuerwehren für sicherere Bürger durch qualifizierte Feuerwehrleute
Allerorts ist derzeit die Rede vom Fachkräftemangel – auch im Energiesektor, insbesondere im Wasserstoffbereich. Während in anderen Industriezweigen immerhin ein bereits existierendes Aus- und Weiterbildungssystem etabliert ist, geht es im H2– und BZ-Sektor jetzt erst so richtig los. Da noch kein Markt für Elektrolyseure oder Brennstoffzellenanwendungen existiert, müssen zunächst Fachkräfte ausgebildet werden, die diese neuen Produkte bauen sowie dann auch installieren, warten und reparieren können. Dafür bedarf es aber erst einmal entsprechender Ausbildungswege sowie fachkundiger Personen, die den zukünftigen TechnikerInnen etwas beibringen können. Die gute Nachricht ist, dass sich in den vergangenen Monaten mannigfaltige Akteure dieser verantwortungsvollen Aufgabe angenommen haben. Deutschlandweit sprießen derzeit H2-Akademien und BZ-Seminare aus dem Boden.
Vor Jahren gab es bereits zaghafte Versuche, das Thema Aus- und Weiterbildung im H2– und BZ-Sektor zu bespielen. Einige der damaligen Akteure sind allerdings auf der Strecke geblieben oder haben sich aus diesem Bereich wieder zurückgezogen, weil es bislang immer nur kurzzeitige Hypes um Wasserstoff gab, aber keinen Markt.
Dies ist heute anders: Nach einhelliger Meinung ist der derzeitige Boom rund um Wasserstoff kein Kurzzeitphänomen, sondern der Anfang einer Zeitenwende im Energiesektor. Dementsprechend groß ist die Nachfrage nach Personal, das sich mit H2– und BZ-Technik auskennt. Doch dies ist Mangelware. In den vergangenen Jahren existierten kaum adäquate Studiengänge oder auch Lehrberufe.
Vor 15 Jahren gab es einige zaghafte Bemühungen, im Rahmen des NIP-Leuchtturms Callux entsprechende Weiterbildungsmaßnahmen für das Handwerk einzurichten, aber davon ist heute nichts mehr übrig. Auch das OTTI gibt es nicht mehr. Das Ostbayerische Technologie-Transfer-Institut e. V., das Fachveranstaltungen auch für H2-Technik angeboten hatte, hat 2017 seinen Betrieb nach vier Jahrzehnten eingestellt.
Immerhin hat das ehemalige Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle Ulm (WBZU) trotz vieler magerer Jahre durchgehalten und mit Hilfe der Handwerkskammer Ulm überdauert. Seit vielen Jahren heißt es inzwischen Weiterbildungszentrum für innovative Energietechnologien. In den vergangenen Monaten war es damit beschäftigt, die alte Expertise im H2-Sektor wieder neu aufzubauen. So ist mittlerweile auf der Website ein neues Bildungsangebot für den Umgang mit Wasserstoff zu finden.
Andere Anbieter sind da schon deutlich weiter: Sowohl die verschiedenen Schwesterunternehmen des TÜV als auch der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) haben die Zeichen der Zeit erkannt und bieten seit geraumer Zeit Seminare rund um die rege nachgefragte H2-Technik an.
Verbandsebene
Ein entscheidender Akteur ist der Deutsche Verband des Gas- und Wasserfaches (DVGW). Der technisch-wissenschaftliche Verein mit Sitz in Bonn ist seit zig Jahren in der Normierung, Zertifizierung und Standardisierung im Erdgassektor tätig. Seit einigen Jahren hat er sich nun den grünen Gasen angenommen. Mit sehr viel Vehemenz versucht der Verband sowohl seine Mitglieder als auch die Politik sowie die gesamte Energiewirtschaft davon zu überzeugen, dass es zukünftig nicht nur Elektronen bedarf, sondern auch Moleküle – am besten grüner Moleküle.
Dementsprechend bietet der DVGW inzwischen bereits ein umfangreiches Programm an Bildungs- und Qualifizierungsmaßnahmen an: Praxis-Workshops, Zertifikats- und Sachkundigenlehrgänge sowie Schulungen und E-Learning-Module rund um Wasserstoff.
Diesen Wandel von der fossilen zur nachhaltigen Energieversorgung nimmt ihm noch nicht jeder ab, deswegen scheint sich der DVGW umso stärker für eine grüne Wasserstoffwirtschaft einzusetzen, wobei allerdings ausdrücklich auch der Weg über blauen Wasserstoff befürwortet wird. Dass der DVGW weiterhin eine wichtige Rolle im Gassektor spielen wird, liegt in der Natur der Sache, da seine Mitglieder über millionenschwere Assets verfügen, die möglichst lange weiter genutzt werden sollen. Eine Stilllegung des gesamten Gasversorgungssystems erscheint gerade in der jetzigen Situation wenig sinnvoll, da es vergleichsweise einfach auf Wasserstoff umgerüstet werden kann.
Hochschulebene
Im Hochschulsektor bleibt das Angebot nach wie vor recht dünn. Lediglich in Dresden gibt es Bemühungen, einen Masterstudiengang für Wasserstoff zu etablieren. Die Teilnehmerzahlen sind allerdings bislang sehr überschaubar. Einer der Vorreiter war hier Prof. Hans Quack, der bereits 2008 einen Masterstudiengang Wasserstofftechnik an der Dresden International University (DIU) initiierte.
Der ehemalige Inhaber des Lehrstuhls für Kälte- und Kryotechnik der TUD konnte damals das Who-is-who (z. B. Dr. Johannes Töpler sowie Dr. Ulrich Schmidtchen vom DWV, Prof. Dr. Jürgen Garche vom WBZU Ulm, Prof. Dr. Ulrich Bünger vom LBST und Arno A. Evers) als Dozenten gewinnen. Auch ich durfte einmal über „H2 in den Medien“ referieren. Das Studium zum Master of Science in Hydrogen Technology umfasste 600 Präsenzstunden, die auf jeweils drei Wochen pro Semester innerhalb von zwei Jahren verteilt wurden (s. HZwei Oktober-Heft 2008). Heutige Lehrstuhlinhaberin an der TU Dresden ist seit September 2022 Prof. Christiane Thomas.
Schon damals stand Christoph Haberstroh an der Seite von Prof. Quack, der offiziell 2008 emeritierte, aber noch bis 2010 weiter lehrte. Seitdem kümmert sich Prof. Haberstroh als Gruppenleiter um die Kryogentechnik am Institut für Energietechnik in Dresden. Unter anderem arbeitete er mit seinem Team an der Entwicklung von Kryogenpumpen sowie den LH2-Tanks für die Brennstoffzellen-Trucks von Daimler und Volvo. Ein Ziel ist hierbei, das spezifische Tankgewicht deutlich zu reduzieren. Wogen herkömmliche Kryogenspeicherbehälter noch 17 kg pro Kilogramm Wasserstoff, liegt dieser Wert derzeit bei 11 bis 12 kg/kgH2. Mit Hilfe leichter Verbundwerkstoffe werden jedoch 1 kg/kgH2 angepeilt.
Derartige Entwicklungen spiegeln wider, dass momentan im gesamten Kryogensektor seit einigen Monaten eine merkliche Themenverschiebung von flüssigem Helium zu Wasserstoff festzustellen ist. Wie die Doktoranden Henrik-Gerd Bischoff, Thomas Just und Maximilian Grabowski (s. Abb. 1) gegenüber HZwei mitteilten und wie auch Prof. Haberstroh bestätigte, werden derzeit „klassische Kernthemen von flüssigem Wasserstoff an den Rand gedrängt“. Insbesondere in den USA steht LH2 stark im Fokus, auch weil dort infolge der Raumfahrttechnik bereits umfassende Erfahrungen beim Umgang mit flüssigem Wasserstoff vorliegen.
Bild: Präzisionsprüfstand von Sebastian Eisenhuth zur Ermittlung des Konzentrationsverhältnisses von Ortho- und Para-Wasserstoff
Wie Prof. Hans Müller-Steinhagen in den Räumlichkeiten der DIU gegenüber HZwei berichtete, starteten im Herbst 2022 zwölf Teilnehmer mit dem komplett neu gestalteten H2-Studiengang der DIU. Müller-Steinhagen war nach langjähriger Tätigkeit beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) von 2010 bis 2020 Rektor der TU Dresden und anschließend bis September 2022 Präsident der DIU. Inzwischen ist er im Ruhestand, ist aber noch wissenschaftlicher Leiter für den Studiengang Wasserstofftechnologie und -wirtschaft (M.Sc.).
Seinen Ausführungen zufolge sei es mit diesem Studiengang gelungen, ein attraktives Angebot für Fachleute zu schaffen, die berufsbegleitend Weiterbildung im Wasserstoffsektor anstreben. „Wir wollen Generalisten ausbilden, die das Thema aus mittlerer Flughöhe kennen und beurteilen können – keine Wissenschaftler“, so der Maschinenbau-Ingenieur. Häufig sei es so, dass die Betriebe die nicht ganz unerheblichen Weiterbildungskosten zumindest zum Teil übernehmen oder Mitarbeitende von der Arbeitszeit freistellen. Erklärtes Ziel sei, dieses Mal die Studierendenzahl bis auf 15 Personen zu erhöhen und zukünftig weiter auszubauen.
Auch für Dr. Johannes Töpler, der bei diesem Studiengang das Modul Mobilität leitet, ist die Aus- und Weiterbildung ein Herzensthema. Der Physiker war einer der H2-Pioniere bei Daimler und lange Jahre Vorsitzender des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verbands e. V. Obwohl er längst im Ruhestand ist, treibt er insbesondere im DWV Bildungsthemen unermüdlich voran, lehrte unter anderem durchgehend jahrelang seit 2004 an der Technischen Akademie Esslingen (TAE) sowie für das Haus der Technik (HdT) in Zusammenarbeit mit dem DWV und hat wesentlich am Zustandekommen dieses Studienganges mitgewirkt.
Studiengang „Wasserstofftechnologie und -wirtschaft (M.Sc.)“
Der neue Studiengang aus dem Fachbereich Ingenieurwissenschaften, der von der Dresden International University (DIU) auch in Kooperation mit der Technischen Akademie Esslingen angeboten wird, ist in Deutschland einzigartig. Er verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz, bei dem Studierende berufsbegleitend sowohl die Fach- als auch die Managementkompetenz auf dem Gebiet von wasserstoffbasierten Energiesystemen erlangen. Er richtet sich an IngenieurInnen, NaturwissenschaftlerInnen sowie AbsolventInnen anderer techniknaher und wirtschaftlicher Studiengänge, die in der beruflichen Praxis tätig sind und ihre Kompetenzen im Hinblick auf die Gestaltung dieses Zukunftsfeldes erweitern wollen.
Die im Jahr 2003 gegründete DIU beschäftigt rund 40 Mitarbeitende, die wiederum 1.400 Studierende aus unterschiedlichen Bereichen (z. B. Gesundheitswesen, Medizin, Ingenieurwesen, Recht) betreuen. Insgesamt sind über 300 DozentInnen aus Wissenschaft und Wirtschaft über Werksverträge eingebunden.
An der DIU in Dresden und der TAE in Ostfildern kann nach drei Semestern und dem Erwerb von 60 ECTS-Punkten als Abschluss der Master of Science erlangt werden. In Dresden wird zusätzlich zum Master (895 € pro Monat) auch das CAS (Certificate of Advanced Studies – Small: 4.500 € und Advanced: 6.500 €) angeboten. Nächster Starttermin in Dresden und Esslingen ist nicht wie ursprünglich geplant das Wintersemester 2023, sondern das Sommersemester 2024.
Bild: Prof. Hans Müller-Steinhagen
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) und der Leibniz Universität Hannover bietet die Carl von Ossietzky Universität Oldenburg eine berufsbegleitende Weiterbildung für Fach- und Führungskräfte an. Diese praxisnahe Maßnahme mit Teamarbeiten und Exkursionen ist für ein Semester konzipiert und kostet 6.000 Euro.
In ähnlicher Weise offeriert auch das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) vierteljährig einen Zertifikatkurs an, um Unternehmen fit für das Wasserstoffzeitalter zu machen. In Präsenz auf dem Wasserstoff-Campus Salzgitter bei der Robert Bosch Elektronik GmbH sowie mit Online-Kursen kann die gesamte Wertschöpfungskette der H2-Wirtschaft kennengelernt und ein Personenzertifikat als „Fachkundige*r Wasserstoff mit TÜV Rheinland geprüfter Qualifikation“ erworben werden – Teilnahmegebühren: ca. 5.700 Euro.
Akademieebene
Die Hydrogen Academy ist ein neuer Player im Weiterbildungssektor. Sie wurde im Sommer 2022 von Lifte H2 und TesTneT gegründet und verfügt inzwischen über rund 20 Personen, die sich um praxisorientierte, kundenspezifische Schulungen kümmern. Tom Elliger, der früher beim TÜV Süd arbeitete und im Sommer 2021 zu Lifte H2 wechselte, erklärte gegenüber HZwei: „Das Interesse ist riesig.“
Nach eigener Aussage ist die Hydrogen Academy das „derzeit einzige Trainingszentrum, das sich rein auf Wasserstoff spezialisiert“. Die Kurse werden teils online und teils bei TesTneT nahe München, bei Lifte H2 in Berlin oder beim Kunden durchgeführt.
Ein weiterer Akteur ist seit einigen Monaten die Heinze Akademie. Gemeinsam mit der Handwerkskammer Hamburg und anderen Partnern bietet diese norddeutsche Einrichtung ein Expertentraining in Vollzeit sowie eine berufsbegleitende Weiterbildung für Fachkräfte rund um Wasserstoffsysteme an.
Etwas internationaler geht es bei der Renewables Academy (RENAC) AG zu. Diese in Berlin ansässige Institution hat ein zertifiziertes 120-stündiges E-Learning-Programm zu Green Hydrogen and Renewable Power-to-X Professional (PtX) entwickelt, das asynchron (24/7) in Eigenregie durchgeführt werden kann und die wichtigen technischen und wirtschaftlichen Aspekte von PtX-Anwendungen wie Wasserstoff, Wärmepumpen und Elektromobilität abdeckt. Das nächste Semester startet im Oktober 2023 – Teilnahmegebühren: 1.710 Euro.
Im November beginnt dann auch die nächste Runde der HySchool, allerdings auf sehr viel einfacherem Niveau. Dieses Weiterbildungsangebot wird von dem Ferngasnetzbetreiber Open Grid Europe (OGE) sowie der RWTH Business School organisiert. Wahlweise kann das H2-Kick-Starter- zum Einstieg in die Materie oder das H2-Deep-Diver-Programm für einen vertieften Einblick belegt werden. Die Teilnehmenden erhalten dann an zwei Tagen das erforderliche Wissen, um die H2-Strategie in ihrem Unternehmen vorantreiben zu können – Teilnahmegebühren: 1.450 Euro.
Sollten dann auch irgendwann die Gelder für die Innovations- und Technologiezentren für Wasserstoff bewilligt werden, könnte auch in Duisburg unter Beteiligung des Zentrums für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) ein großer Komplex für die Aus- und Weiterbildung entstehen (s. HZwei-Heft Jan. 2023). Dort wird beispielsweise bereits daran gearbeitet, dass der Sicherheitsleitfaden für Berufsfeuerwehren erneuert wird. Aber solange noch keine Freigabe vom Bund erfolgt ist (s. HZwei-Heft April 2023), darf noch nicht wie gewünscht losgelegt werden.
Derweil wird in Nordrhein-Westfalen ein „europaweit einzigartiges Schulungszentrum“ aufgebaut. Wie Open Grid Europe vermeldete, erfolgte am 7. August 2023 in Werne der erste Spatenstich durch Ministerpräsident Hendrik Wüst für eine H2-Trainingsstrecke, wo der Fernleitungsnetzbetreiber ab 2024 sein Personal zu Experten im praktischen Umgang mit Wasserstoff im Ferngasnetz schulen will.
Brennstoffzellen stehen am Beginn des Markthochlaufs
Getrieben durch die Forderungen nach einem emissionsfreien Schwerlastverkehr auf der Straße investieren Lkw-Hersteller sehr stark in batterieelektrische sowie brennstoffzellenelektrische Antriebe. Es werden signifikante Anstrengungen zum Einsatz von Brennstoffzellen in Bussen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen unternommen. Darüber hinaus führen vor allem asiatische, aber auch deutsche Automobilhersteller ihre Aktivitäten zu Brennstoffzellen-Pkw fort. Aufgrund derer außergewöhnlichen Bauweise führt dieser Serienhochlauf zu beeindruckenden Stückzahlen. Bei etwa 10 m² Membranelektrodeneinheit pro Stack und drei Stacks pro Lkw-Antrieb werden pro Lastwagen 30 m² Membran und 60 m² Katalysatorschicht (für Anode und Kathode) benötigt. Zukünftige Produktionsserien von 10.000 Lkw führen also zu einem Bedarf von rund 300.000 m² Membranfläche bzw. 600.000 m² Katalysatorschicht. Die dafür erforderlichen Produktionsanlagen zur Katalysatorschichtherstellung sollten also bei einem Zwei-Schicht-Betrieb Bandgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 m/min realisieren.
Um die Komponentenhersteller und die Maschinen- und Anlagenbauer in ihrer Entwicklung durch fundierte Forschung zu unterstützen, fördert das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) das Fraunhofer-Institut ISE als Koordinator im Teilverbund R2MEA des Gesamtprojekts H2GO sowie die Fraunhofer-Institute ENAS, ICT, ILT, IPT und ISI. In R2MEA wird eine Forschungsplattform entwickelt und aufgebaut, die zukünftig Unternehmen bei der Untersuchung von Produktionsfragestellungen von der Katalysatorherstellung bis zur fertig konfektionierten 7-Lagen MEA (also dem Verbund aus Membran, Katalysatorschichten, Verstärkungsrahmen und Gasdiffusionslagen) zur Verfügung steht.
R2MEA adressiert Forschungsfragen zur MEA-Produktion
Um eine Serienherstellung von Membranelektrodeneinheiten mit den geforderten Stückzahlen zu realisieren, müssen die heutigen Anlagenkonzepte angepasst werden. Die damit zusammenhängenden Fragen werden in R2MEA adressiert:
Wie kann die heutige Herstellung von Katalysatorpulver von Batch-Prozessen auf kontinuierliche Prozesse umgestellt werden?
Sind neben der heute vorrangig eingesetzten Schlitzdüse auch rotative Druckverfahren zum Aufbringen von Katalysatorschichten sinnvoll, zum Beispiel, um gezielt spezifische Formate abzubilden und Verschnitt einzusparen? Ist ein Direktdruck auf die Membran bei der geforderten hohen Qualität möglich? Können Lasertrocknungsverfahren die Trocknungsdauer und Trocknerlänge verkürzen?
Wie können in Rolle-zu-Rolle-Prozessen die Zuschnitte von Membran, Katalysatorschichten, Verstärkungsrahmen, Gasdiffusionslagen erfolgen? Wie wird ein verzerrungsfreier Bahntransport dieser unterschiedlichen Bahnwaren umgesetzt? Welche Positionierungs- und Laminierverfahren sind geeignet, um hochqualitative Verbünde der Einzellagen zu erzeugen?
Wie sollten Transportbehälter für die Halbzeuge für die Intra- und externe Logistik gestaltet werden, um durchgängige Prozesse zu ermöglichen?
Begleitend zum Aufbau der Forschungsplattform werden umfangreiche Marktstudien zu den Industriebedarfen, techno-ökonomische Analysen zur Wirtschaftlichkeit verschiedener Produktionsprozesse sowie Lebenszyklusanalysen zum ökologischen Fußabdruck durchgeführt.
Derzeit werden im Teilverbund R2MEA die diversen Prozesse abgestimmt, die im Projektverlauf untersucht werden sollen. Dazu werden die nötigen Anlagen beschafft und die Labore aufgebaut. Parallel dazu werden wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt und die Erkenntnisse auf den Technikumsmaßstab übertragen.
BZ-Produktionsforschung auf der hy-fcell
Das Thema Produktionsforschung für Brennstoffzellen wird unter anderem auf der Konferenz und Messe hy-fcell am 13. und 14. September 2023 in Stuttgart in einer eigenen, zweitägigen Session unter der Koordination der an H2GO beteiligten Fraunhofer-Institute adressiert. Dort werden alle Aspekte entlang der Prozesskette durch internationale Sprecher aus der Industrie und Wissenschaft diskutiert. Die Wertschöpfung von der Katalysatorherstellung bis zur MEA wird in drei Einzelsessions vom Fraunhofer ISE, Freiburg, sowie vom ZSW, Ulm, geleitet.
Fraunhofer-Produktionsforschung H2GO
Im Gesamtverbund H2GO entwickeln 19 Fraunhofer-Institute aus neun Bundesländern Lösungen für die industrielle Serienproduktion von Brennstoffzellen mit Fokus auf den straßengebundenen Schwerlastverkehr. Der Gesamtverbund H2GO wird vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) mit rund 80 Mio. Euro gefördert. Die Gesamtkoordination übernimmt das Fraunhofer IWU mit Dr. Ulrike Beyer.
Das Fraunhofer ISE leitet den Teilverbund R2MEA, in dem Rolle-zu-Rolle-Prozesse zur Hochskalierung der MEA-Produktion vom Katalysatorpulver bis zur 5-Lagen-Membran-Elektroden-Einheit entwickelt werden, also dem Verbund aus Membran, Katalysatorschichten, Verstärkungsrahmen und Gasdiffusionslagen.
Weitere Teilverbünde beschäftigen sich mit der Herstellung von Bipolarplatten: R2HP (Rolle zu Halbplatte mit den entsprechenden Form- und Schneidprozessen) und HP2BPP (Halbplatte zu Bipolarplatte mit den entsprechenden Schweiß-, Beschichtungs- und Schneidprozessen). Der Teilverbund ST2P (Stack zu Piece) konzentriert sich auf die Demontage von Brennstoffzellenstapeln, um die Einzelkomponenten einer Kreislaufwirtschaft zuzuführen. Der übergeordnete NEXUS-Verbund ViR (Virtuelle Referenzfabrik) entwickelt digitale Abbilder der entwickelten Produktionslösungen und ermöglicht damit eine virtuelle Referenzarchitektur für Brennstoffzellenproduktion.
AutorInnen: Ulf Groos, ulf.groos@ise.fraunhofer.de, Linda Ney, beide vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg
