Die Zahl der Brennstoffzellenlieferungen hat sich im Jahr 2022 nur mäßig gegenüber 2021 erhöht, obwohl letzteres ein bemerkenswertes Jahr war: Als die Megawatt-Zahlen von 2021 die von 2020 um mehr als 70 Prozent übertrafen, glaubten wir endlich den erwarteten Aufschwung zu sehen – ganz im Sinne des sogenannten Hockeyschläger-Musters, bei dem der Anstieg erst moderat, dann aber exponentiell verläuft. Doch die Struktur der Branche – und ihre Abhängigkeit von einigen wenigen Akteuren für den Großteil der Lieferungen – führt vielmehr zu einem Wachstum in Schüben.
Der achte Jahresbericht von E4tech über die Brennstoffzellenindustrie zeigt, dass im Jahr 2021 knapp 86.000 Einheiten oder etwas mehr als 2.300 MW ausgeliefert wurden, obwohl die COVID-Pandemie immer noch über den Märkten schwebte. Dieses rasante Wachstum war jedoch größtenteils auf die Aktivitäten der beiden Fahrzeughersteller Hyundai und Toyota zurückzuführen, auf die zusammen über 70 Prozent der Leistung entfielen. Ohne Berücksichtigung dieser beiden Hersteller ging das Wachstum nur langsam, aber sicher weiter.
E4tech ist jetzt Teil von ERM, und das Team recherchiert und schreibt weiterhin seinen Lagebericht. Der neunte Brennstoffzellenindustrie-Überblick (Fuel Cell Industry Review – FCIR) zeigt, dass die Zahl der Auslieferungen im Jahr 2022 ähnlich hoch war wie im Vorjahr – wobei das anhaltende, aber langsame Wachstum weiterhin von Hyundai und Toyota angeführt wurde, die immer noch für mehr als 60 Prozent der MW-Lieferungen verantwortlich waren, sowie von Brennstoffzellenbussen und -lastwagen in China. Wir schätzen, dass im Jahr 2022 fast 89.200 Brennstoffzellen ausgeliefert wurden, was einer Leistung von fast 2.500 MW entspricht.
Analyse nach Regionen
Bei den Fahrzeugen (die mit 85 % aller Lieferungen nach Megawatt bei weitem den größten Anteil ausmachten) war ein Großteil der Nachfrage auf China und Südkorea beschränkt. In China wurden über 4.150 Einheiten für alle Mobilitätsarten ausgeliefert (einschließlich Gabelstapler, die in dem Land langsam in Fahrt kommen), während in Südkorea fast 10.400 Einheiten in Betrieb genommen wurden, vor allem der Nexo von Hyundai. Zusammen mit den 831 Toyota Mirai, die in den japanischen Heimatmarkt geliefert wurden, entfielen auf Asien nun rund 15.600 Einheiten für den Transportmarkt, was 17 Prozent der weltweiten Brennstoffzellenlieferungen entsprach. Aber noch beeindruckender ist, dass rund 1.500 MW (60 %) der gelieferten Leistung auf Asien entfielen.
Hyundai profitiert insbesondere von der 50-prozentigen Subventionierung von Brennstoffzellenfahrzeugen in Südkorea. Südkorea ist jetzt auch der größte Einzelmarkt für große stationäre Anlagen in KWK- und Grundlastbetrieb. Die Lieferungen von stationären Anlagen in das Land stiegen von 147 MW im Jahr 2021 auf 196 MW im Jahr 2022 (8 % der weltweiten MW-Zahl). Diese Zahlen verdeutlichen die Bedeutung Südkoreas für den Absatz von Brennstoffzellen – und darüber hinaus die Schlüsselrolle einer nachhaltigen Politik sowie von Subventionen, die den Brennstoffzellenunternehmen und OEMs helfen, ihr Volumen zu steigern.
Unter Berücksichtigung des Ene-Farm-Programms entfielen auf Asien in allen Märkten (stationär, mobil und tragbar) 60.850 Einheiten (zwei Drittel der weltweiten Lieferungen) und 1.770 MW (71 % der weltweiten Lieferungen). Hinter Asien lag Nordamerika mit etwa 14.550 Brennstoffzellenlieferungen (fast 485 MW oder 19 % der weltweiten Lieferungen in Megawatt), angeführt von Toyota und Bloom Energy, die in die Vereinigten Staaten liefern. Auf Europa entfielen im Jahr 2022 etwa 13.250 Brennstoffzellenlieferungen, gegenüber knapp über 14.000 Einheiten im Jahr 2021.
Der Rückgang der Stückzahlen ist auf das Auslaufen des PACE-Projekts und die unmittelbar bevorstehende Einstellung der KfW-433-Förderung in Deutschland zurückzuführen. In Megawatt stieg die Zahl leicht an, von korrigierten 204 MW im Jahr 2021 auf 228 MW im Jahr 2022, was etwa neun Prozent des Weltmarktes entspricht. Die Lieferungen von Brennstoffzellenfahrzeugen nach Europa sind aufgrund der geringen Subventionen der nationalen Regierungen niedriger als in Asien und den USA.
Analyse nach Anwendungsbereichen
Brennstoffzellen für die Mobilität, vor allem für Autos, dominieren weiterhin die Gesamtzahl. Über alle Mobilitätsarten (einschließlich Gabelstapler) hinweg fielen 2022 85 Prozent der Lieferungen (2.100 MW) in diese Kategorie, 150 MW mehr als 2021. Bei den Einheiten entfielen 35 Prozent der Lieferungen im Jahr 2022 auf die Mobilität, was einen leichten Rückgang gegenüber 2021 bedeutet. Die Botschaft lautet also, dass der Transportsektor wächst, aber auch andere Brennstoffzellenmärkte wachsen.
Der nächstgrößere Beitrag zu den Fahrzeugauslieferungen kommt aus China, wo 2022 ein Rekordwert von 3.789 Einheiten (Busse und Lkw) ausgeliefert wurde. Zusammen steuerten diese schätzungsweise 387 MW zur Gesamtzahl im Jahr 2022 bei.
Während im Jahr 2022 fast 1.000 Brennstoffzellenbusse nach China geliefert wurden, kamen in Europa nur 99 Zulassungen hinzu. Nach Angaben von Calstart wurden 2022 in den USA 82 neue Brennstoffzellenbusse in Betrieb genommen, hauptsächlich in Kalifornien. Außerhalb Chinas waren die Auslieferungen von Brennstoffzellen-Lkw im Jahr 2022 weltweit noch sehr gering. Das könnte sich angesichts der Geschäftspläne von cellcentric, Plastic Omnium, Hyzon und anderen ändern.
Brennstoffzellen für Schiffe und für die Luftfahrt werden weiterhin erforscht, wobei der Schwerpunkt jetzt mehr auf dem Antrieb als auf Bord- (Hotelbetrieb) oder Hilfsenergie liegt. Gabelstapler sind weiterhin eine wichtige Anwendung für Brennstoffzellen, auch wenn 2022 weniger Einheiten ausgeliefert wurden (über 9.650 Einheiten) als 2021 (über 13.400 Einheiten). Primärenergie und Kraft-Wärme-Kopplung machen einen großen Teil der verbleibenden Nachfrage aus – sowohl in Stückzahlen als auch in MW.
Was die Stückzahlen betrifft, so dominiert nach wie vor die Mikro-KWK, wobei Japan mit seinem Ene-Farm-Programm führend ist. Laut ACE wurden im Jahr 2022 42.877 Anlagen installiert, über 3.000 Anlagen mehr als im Vorjahr. Außerhalb Japans und Europas ist die Zahl der ausgelieferten Mikro-KWK-Anlagen vernachlässigbar, was zeigt, wie wichtig die Politik der einzelnen Länder bei der Förderung von Brennstoffzellen ist.
Zusammengenommen trugen Primärenergie und KWK im gesamten Leistungsbereich 364 MW zu den Auslieferungen im Jahr 2022 bei, gegenüber 335 MW im Jahr 2021. Obwohl die Entwickler immer mehr Wert auf Brennstoffzellen zur Netzunterstützung und zur netzunabhängigen Stromversorgung legen, blieb der Absatz von Brennstoffzellen mit 14 MW (für beide Jahre) gedämpft.
Die Lieferungen von tragbaren Brennstoffzellen (einschließlich kleinerer portabler APUs mit einer Leistung von weniger als 20 kW) stiegen von knapp über 6.000 Einheiten im Jahr 2021 auf fast 8.000 Einheiten im Jahr 2022. Diese wurden weltweit geliefert, aber die meisten gingen in die europäischen und nordamerikanischen Industrie- und Verbrauchermärkte.
Auslieferungen nach Brennstoffzellentyp
PEM übertrifft weiterhin die anderen Brennstoffzellentypen bei den Auslieferungen, sowohl in Bezug auf das Volumen als auch auf die MW-Leistung. Von den fast 90.500 Brennstoffzellen, die im Jahr 2022 ausgeliefert wurden, waren über 55.000 PEM. Nach Megawatt verzeichneten PEM-Brennstoffzellen 2.151 MW, was 86 Prozent des gesamten Liefervolumens entspricht.
Die Hochtemperatur-PEM, die im Allgemeinen eher Methanol als Wasserstoff als Brennstoff verwendet, wächst weiter, angeführt von Advent Technologies. Obwohl sie derzeit noch einen Bruchteil aller PEM-Anlagen ausmacht, werden die Auslieferungen angesichts der verbesserten Logistik und der durch den Methanol-Kraftstoff ermöglichten längeren Laufzeiten noch stärker zunehmen. DMFC (Direktmethanol) hatten ein gutes Jahr mit fast 8.000 ausgelieferten Einheiten im Jahr 2022, hauptsächlich von SFC Energy.
SOFC (Solid Oxide) wuchsen auf fast 27.000 Einheiten im Jahr 2022 (hauptsächlich Mikro-KWK, nach Anzahl). Die MW-Zahl stieg von 207 im Jahr 2021 auf 249 im Jahr 2022. Dies ist größtenteils auf den stärkeren Absatz von Bloom Energy zurückzuführen. Die Auslieferungen von PAFC (phosphorsauren Brennstoffzellen) gingen zurück, und während 2022 keine neuen MCFC (Schmelzkarbonat)-Systeme platziert wurden, produziert FuelCell Energy weiterhin erhebliche Mengen an Stacks für die Modernisierung von ausgelieferten Systemen.
Die Auslieferungen von AFC-Systemen (alkalische Systeme) stiegen auf über 100 Einheiten im Jahr 2022 und liegen damit trotz des geringeren Kostenpotenzials sowohl für den Brennstoffzellenstapel als auch für die Wasserstoffreinheit weit hinter den anderen Brennstoffzellentypen zurück.
Zusammenfassung
Das Jahr 2022 war ein gutes Jahr für Brennstoffzellen. Obwohl die Lieferungen in einige wenige Länder von einigen wenigen Hauptlieferanten dominiert werden, beginnen wir endlich, Lieferungen nach Australien und Südamerika zu sehen, was durch das größere Interesse an Wasserstoff im Allgemeinen begünstigt wird. Auch wenn das Interesse hilfreich ist, müssen die Brennstoffzellen noch die Schwelle der hohen Kapitalkosten und (bei wasserstoffbetriebenen Einheiten) die hohen Kraftstoffpreise überwinden. Dies geschieht allmählich durch große Veränderungen in der Zuliefererlandschaft, die IPCEI-Initiative in Europa, erhebliche Kapazitätserweiterungen in der Brennstoffzellenproduktion und den Inflation Reduction Act in den USA.
Aber die Botschaft bleibt weiterhin dieselbe: Es bedarf noch einer nachhaltigen Unterstützung durch die Regierungen, damit Brennstoffzellen die Energiewende voll unterstützen können. Einige Brennstoffzellenunternehmen richten ihre Konzepte und ihr technisches Wissen nun auch auf die Elektrolyse aus, um den Markt, und damit den „Hockeyschläger“, voranzutreiben.
Der ERM-Rückblick, eine Zusammenfassung der Aktivitäten des Jahres sowie eine Analyse der Brennstoffzellenlieferungen nach Region, Typ und Anwendung im Jahresvergleich, ist unter http://FuelCellIndustryReview.com verfügbar. Die Ausgabe 2022 ist zwar verspätet, steht aber kurz bevor. Wir möchten uns bei allen Lieferanten von Brennstoffzellen bedanken, die uns jedes Jahr die Lieferzahlen zur Verfügung stellen, die unsere Analyse untermauern.
Auslieferungen nach MW
Auslieferungen nach Einheiten (in 1.000 Stück)
Autor: Stuart Jones, ERM, London, Großbritannien
David Hart, ERM, Lausanne, Schweiz
Wind, Sonne und jede Menge Know-how – diese Zutaten sollen im Oman künftig intensiv genutzt werden, um grünen Wasserstoff herzustellen. Im Vergleich zu anderen Golfstaaten geht das Sultanat dabei mit großen Schritten voran. Der grüne Wasserstoff soll exportiert, aber auch vor Ort genutzt werden. Erste Projekte laufen an und die Infrastruktur wird ausgebaut. Experten sehen im Oman einen vielversprechenden Partner für die Energiewende in Deutschland.
Die Bagger sind angerollt, aus den provisorisch aufgebauten Büros wird der Sand herausgekehrt: Startschuss für ein Stahlwerk im Industriehafen von Duqm im Golfstaat Oman. Ab 2027 soll hier mit grünem Wasserstoff produziert werden. „Vulcan Green Steel“ nennen die indischen Eigentümer aus der Familie Jindal diesen Geschäftszweig, für den ein eigener Kai zum Verschiffen der Produkte errichtet wird – gleich gegenüber den anderen Hafenkais, von denen aus Container und Fahrzeuge über den Arabischen Golf transportiert werden. Abnehmer für den grünen Stahl sieht Jindal in Europa, etwa in der deutschen Automobilindustrie.
Die Infrastruktur in Duqm (s. Foto auf S. 4) wächst rasant, und das neu entstehende Stahlwerk ist einer der Bausteine für Omans Zukunft, die sich konsequent in Richtung grüner Wasserstoff entwickeln soll. Für den Export werden laut Dr. Firas Al-Abduwani vom omanischen Energieministerium derzeit vorwiegend Ammoniak und Methanol als Transportmittel ins Auge gefasst. Einen Teil des neuen Energieträgers will man aber im Land nutzen. Weitere Teile und Produkte wie „grüner“ Stahl sollen über die Industriehäfen in Sohar, Duqm oder Salalah im Süden Omans verschifft werden, zum Beispiel nach Deutschland.
Zukunftspläne mit besten Voraussetzungen
Experten der Internationalen Energieagentur (IEA) und der Stiftung für Wissenschaft und Politik (s. Infokasten) sehen ideale Voraussetzungen für die Zukunftspläne des Oman: Mehr als 2.000 Kilometer Meeresküste, an denen rund um die Uhr der Wind weht, acht bis mehr als zehn Sonnenstunden pro Tag.
Außerdem gibt es im Land führendes Know-how in der Wasserstoffherstellung, gut ausgebaute Häfen mit strategischen Positionen und Anlagen zum Entsalzen von Meerwasser. Diese arbeiten zumeist mit der Umkehrosmose, um gelöste Stoffe herauszufiltern. Die damit verbundenen Kosten für die Wasserstoffproduktion schätzt Dr. Dawud Ansari von der Forschungsgruppe Globale Fragen der Stiftung Wissenschaft und Politik als gering ein – er spricht von etwa einem Prozent des Kilopreises für Wasserstoff.
Darauf will sich die staatliche Institution Hydrom allerdings noch nicht festlegen. Hydrom erarbeitet seit Herbst 2022 im Oman einen Masterplan für den grünen Wasserstoffsektor und schafft die Voraussetzungen für die Produktion. Derzeit wird auch erörtert, dafür aufbereitetes Abwasser aus der Öl- und Gaswirtschaft zu verwenden.
Der Oman treibt die Entwicklung von grünem Wasserstoff als künftigem Energielieferanten mit Nachdruck voran, um wirtschaftlich nicht mehr überwiegend von den zusehends schwindenden Öl- und Gasreserven abhängig zu sein. Auch sollen die Klimaneutralitätspläne des Landes unterstützt werden, die der regierende Sultan Haitham Bin Tarik in der Oman Vision 2040 festschreibt. Dadurch kann das Sultanat ein aussichtsreicher Kandidat für die Unterstützung der Energiewende in Deutschland werden.
Laut dem Wuppertal Institut, einem Think-Tank für Nachhaltigkeitsforschung, kann 2030 lediglich bis zu einem Sechstel des erwarteten H2-Bedarfs in Deutschland aus heimischer Produktion gedeckt werden. Der überwiegende Teil müsste importiert werden – dafür werden weltweit Partner gesucht.
Pionierarbeit beginnt mit fünf Konsortien vor Ort
Vor diesem Hintergrund bringt sich der Oman in Stellung: Die Strategie von Hydrom sieht vor, dass der Oman ab 2030 jährlich eine Million Tonnen grünen Wasserstoff produziert, bis 2050 sollen es rund 8,5 Millionen Tonnen sein. Bis dahin will der Oman seine CO2-Emissionen vollständig reduzieren und zudem rund 70.000 neue Arbeitsplätze schaffen. Geschätzte Investitionskosten laut Hydrom und dem Energieministerium: rund 150 Mrd. US-Dollar.
Um die ehrgeizigen Ziele zu erreichen, ist jetzt Pionierarbeit gefragt: Es gilt zum Beispiel Unternehmen anzusiedeln, die die entsprechende Technologie entwickeln. Elektrolyseure für industrielle Prozesse, die Sonne, Wind und Wasser nutzen, müssen gebaut werden. Darüber hinaus stehen Pläne für nachhaltig wirksame, wirtschaftliche Businessmodelle aus.
Die ersten fünf internationalen Konsortien haben just von Hydrom den Zuschlag dafür erhalten, auf einer Gesamtfläche von rund 1.500 Quadratkilometern in der Region Duqm grünen Wasserstoff und Ammoniak für den Export sowie den Eigenbedarf zu produzieren. Weitere rund 1.800 Quadratkilometer Land werden derzeit im Süden Omans, in Salalah, über eine zweite öffentliche Ausschreibung zur Verfügung gestellt. Diese Auktion läuft bis April 2024.
Potenzial für deutsche Unternehmen
Deutsche Unternehmen sind bereits an der Entwicklung im Oman beteiligt. Doch die hochfliegenden Pläne des Oman bieten noch viel mehr Potenzial. Das sieht etwa Dr. Abdullah Al-Abri, omanischer Berater bei der Energieagentur IEA, so – und wünscht sich, dass die Zusammenarbeit, die im Sommer 2022 in einer Vereinbarung (Joint Declaration of Interest) mit Deutschland beschlossen wurde, an Fahrt gewinnt.
„Bisher sitzen die potenziellen Abnehmer für grünen Wasserstoff aus Oman noch überwiegend in Japan oder Korea“, meint der Experte. Dr. Ruth Prelicz, Expertin für Wasserstoff und erneuerbare Energiesysteme bei der AHK Oman, betont indes: „Im Sommer 2023 hat das deutsche Energieversorgungsunternehmen SEFE (Securing Energy for Europe GmbH) einen Abnahmevertrag für verflüssigtes Erdgas (LNG) aus dem Oman geschlossen. Dieser Vertrag über LNG-Lieferungen dient dem Aufbau von vertrauensvollen Geschäftsbeziehungen und wird auch als Vorlauf für spätere Lieferungen von grünem Wasserstoff gesehen.“
Alok Bisen, der für den indischen Stahlkonzern Jindal arbeitet, zeigt das Baugebiet für die grüne Stahlproduktion in Duqm
Ruth Prelicz beobachtet die Entwicklung vor Ort: Sie unterstützt die Wasserstoffdiplomatie des Auswärtigen Amtes (H2Diplo) und den Energiedialog des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Oman. Die Fachfrau sieht eine Reihe von Chancen für deutsche Unternehmen, von der Zusammenarbeit mit dem Oman im Bereich grüner Wasserstoff zu profitieren: „Es geht nicht nur um die Abnahme des Endproduktes. Oman ist auch als Markt für deutsche Hightech-Technologie interessant. Siemens Energy und ThyssenKrupp sind als mögliche Lieferanten von Elektrolyseuren in Oman etabliert. Und im Bereich Wasserstofftransport haben die bayrischen Wasserstoffexperten von Hydrogenious sowie von MAN Energy Solutions ihre Technologie im Bereich flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) und Methanol vorgestellt.“
Auch Firmen, die auf Wasserstoffkompressoren, Rohrleitungen oder Messgeräte spezialisiert sind, sind aus ihrer Sicht künftig im Land gefragt. Weitere Chancen für deutsche Unternehmen gebe es in den Bereichen Zertifizierung von grünem Wasserstoff sowie Training und Ausbildung. Hier ist nach Worten der Expertin etwa der TÜV Süd bereits in Oman aktiv.
Stabile Stellung Omans in der Region
Dass sich eine Zusammenarbeit mit dem Sultanat nicht nur aus handelspolitischer Sicht lohnt, betont Dr. Dawud Ansari von der Stiftung Wissenschaft und Politik: Für ihn bringen vertiefte (Energie-)Beziehungen mit dem Sultanat als zentralem Partner Deutschlands in der Region weitere Vorteile: „Deutschland hat ein Interesse darin, Beziehungen mit und Wirtschaft in Oman zu stärken, schließlich bildet das Sultanat einen Eckpfeiler in regionalen Friedensprozessen. Dabei ist Oman selbst sehr stabil und sicher – sowohl hinsichtlich der Handelsbeziehungen als auch innenpolitisch und in Bezug auf seine Nachbarn. Der Jemen-Konflikt und andere regionale Auseinandersetzungen werden dank des diplomatischen Geschicks und der Grenzsicherung Omans nicht auf das Land übergreifen.“
Die Recherche für diesen Text wurde vom Park Inn by Radisson Hotel & Residence Duqm als Unterkunft unterstützt. https://www.radissonhotels.com
Weitere Lektüre: Aktuelle Informationen der staatlichen Institution Hydrom, die einen Masterplan für den grünen Wasserstoffsektor im Oman entwickelt: hydrom.om Vision 2024 des Sultanats Oman: oman2024.om Weitere Auskünfte über den Hafen in Duqm, in dem erste grüne Wasserstoffprojekte im Oman entstehen:https://portofduqm.om
Stiftung Wissenschaft und Politik, Publikationen, Dawud Ansari: Wasserstoff aus Oman für Deutschland und die EU – nicht nur aus energiepolitischer Perspektive sinnvoll. SWP-Aktuell 2023/ 9.3.2023 https://www.swp-berlin.org/publikation/wasserstoff-aus-oman-fuer-deutschland-und-die-eu
Die Internationale Energieagentur (IEA), eine Kooperationsplattform im Bereich der Erforschung, Entwicklung, Markteinführung und Anwendung von Energietechnologien, hat sich zu Omans großem Potenzial für die Produktion von grünem Wasserstoff geäußert: https://www.iea.org, Unterpunkte News / Oman
Die Außenhandelskammer (AHK) Oman unterhält eine Repräsentanz der Deutschen Wirtschaft in Omans Hauptstadt Muscat. Dort geben Sousann El-Faksch und Dr. Ruth Prelicz (ruth.prelicz@ahkoman.com) Auskunft zum Thema grüner Wasserstoff:https://www.ahk.de/oman
Interview mit Dr. Jochen Köckler, Vorstandsvorsitzender Deutsche Messe
„Wir bringen Leute zusammen.“ Mit diesen Worten beschrieb Dr. Jochen Köckler, Vorstandsvorsitzender der Deutschen Messe, den Anspruch der Hannover Messe, auch 2024 wieder die Anlaufstelle im Real Life für AusstellerInnen und BesucherInnen im Industriesektor zu sein. Noch stärker als schon 2023 soll dabei in diesem Jahr Wasserstoff in den Fokus rücken. Köckler betonte die Notwendigkeit von mehr Gemeinsamkeit, indem er sagte, der Aufbau einer H2-Wirtschaft werde „nur gelingen, wenn Politik und Wirtschaft zusammen funktionieren“.
HZwei: Herr Dr. Köckler, 2023 zählte Wasserstoff bereits zu den fünf Kernthemen, die Sie während der Hannover Messe bespielt haben. Wird 2024 die Präsenz der H2-Technologie nochmals zunehmen?
Köckler: Wir gehen davon aus, dass wir im Bereich Wasserstoff einen deutlichen Anstieg erleben werden. Sowohl auf der Hydrogen + Fuel Cells Europe als auch in den anderen Ausstellungsbereichen der Hannover Messe stehen die Zeichen auf Wachstum.
HZwei: Was werden Sie vonseiten der Deutsche Messe unternehmen, um die große Bedeutung des Themas Wasserstoff herauszustellen?
Köckler: Mit dem diesjährigen Partnerland Norwegen rücken wir das Thema Energie in den Fokus, und damit insbesondere das Thema Wasserstoff. Deutschland und Norwegen haben bereits im Januar 2023 eine Energiekooperation vereinbart. In der gemeinsamen Erklärung zum Thema Wasserstoff bekräftigten die beiden Länder ihre Absicht, bis 2030 eine großflächige Versorgung mit Wasserstoff inklusive der dafür notwendigen Infrastruktur aufzubauen. Norwegen wird sich daher mit seinem Gemeinschaftsstand im Energiebereich der Hannover Messe positionieren.
HZwei: Mit der Hydrogen + Fuel Cells Europe ist eine der wichtigsten H2-Messen Europas Teil Ihrer Industrieschau. Was können die BesucherInnen dort erwarten?
Köckler: Die Hydrogen + Fuel Cells Europe ist seit rund 30 Jahren der Treffpunkt der internationalen Community. Dort trifft sie sich, dort diskutiert sie in zwei Foren alle relevanten Themen. Im Public Forum geht es um aktuelle Themen, wie zum Beispiel die Frage, welchen Beitrag Wasserstoff zur CO2-Reduktion leisten kann. Im Technical Forum werden neue Produkte und Lösungen präsentiert. BesucherInnen, die sich mit dem Thema Wasserstoff beschäftigen, erhalten dort einen umfassenden Überblick über technische Neuerungen, aber auch über unterschiedliche Anwendungsfelder.
Aber H2-Lösungen werden nicht nur auf der Hydrogen + Fuel Cells Europe in Halle 13 gezeigt, sondern auch in anderen Bereichen der Hannover Messe. Wir freuen uns, dass immer mehr Aussteller mit wasserstoff- und brennstoffzellenrelevanten Produkten vertreten sind. Insgesamt erwarten wir mehr als 500 Unternehmen in Hannover. Damit geben wir der Wasserstoffwirtschaft einen ordentlichen Schub. Die Salzgitter AG informiert zum Beispiel in Halle 13 über klimaneutrale Herstellung von grünem Stahl aus grünem Wasserstoff.
HZwei: Waren Sie auf der Hydrogen Technology Expo in Bremen? Beeindruckt es Sie, wie schnell diese Messe gewachsen ist und wie professionell sie aufgezogen wurde?
Köckler: Wenn ein Thema an Bedeutung gewinnt, dann entstehen natürlich auch neue Möglichkeiten für Messen, das ist normal. Unser Vorteil ist, dass wir das Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen bereits seit Jahrzehnten besetzen und in all dieser Zeit eine einzigartige Community etabliert haben. Diese weiß die Einbindung der Hydrogen + Fuel Cells Europe in die Hannover Messe zu schätzen, da sie hier direkten Zugang zur Industrie, zur Energiewirtschaft und zur Politik hat. Das gibt es weltweit auf keiner anderen Messe.
HZwei: Wie ist Ihre Sicht auf den deutschen Veranstaltungssektor? Welches sind die Vorteile der Hannover Messe gegenüber mittlerweile großen europäischen H2-Fachmessen wie beispielsweise in Rotterdam oder Paris?
Köckler: Die Hannover Messe ist eine horizontale Messe, auf der sich alljährlich VertreterInnen aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft austauschen. Sie befruchten sich gegenseitig und treiben im Schulterschluss Entwicklungen voran. In der Halle 2 zeigen zum Beispiel WissenschaftlerInnen von führenden Forschungsinstituten, an welchen Produkten und Lösungen geforscht wird. In den anderen Hallen der Hannover Messe geht es um konkrete Anwendungen. Die Politik wird in diesem Jahr noch stärker vertreten sein als in den Vorjahren, da neben dem Bundeskanzler Olaf Scholz sowie dem Wirtschaftsminister Robert Habeck auch Ursula von der Leyen, Präsidentin der Europäischen Kommission, erwartet wird.
Die EU wird insgesamt stark vertreten sein. Am ersten Messetag findet die EU-Konferenz „EU as Home of the Decarbonised Industry” im Convention Center auf dem Messegelände in Hannover statt. Auf der Veranstaltung können sich Industrievertreter mit hochrangigen EU-Politikern austauschen, um über relevante Themen wie den Green Deal zu diskutieren. Diese Möglichkeiten bietet nur die Hannover Messe. Insbesondere im Energiebereich ist der Kontakt zur Politik wichtig, da alle politischen Entscheidungen in dem Bereich Auswirkungen auf die Unternehmen haben.
Die Thüga und Energie Südbayern (ESB) sowie Energienetze Bayern haben Teile ihres Gasnetzes in einem Testgebiet auf 100 Prozent Wasserstoff umgestellt. Mitte September 2023 wurde die H2-Einspeiseanlage des Forschungsprojekts H2Direkt in Hohenwart im Landkreis Pfaffenhofen in Betrieb genommen. Schon in dieser Heizperiode werden von dort aus zehn Kunden über das umgewidmete Gasnetz für zunächst 18 Monate mit reinem Wasserstoff versorgt.
„Die Umstellung eines Erdgasnetzes auf 100 Prozent Wasserstoff ist mit geringen technischen Umrüstungen machbar und der Betrieb ist sicher“, sagte Bayerns Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger bei der Inbetriebnahme. H2Direkt sei damit eine Blaupause für eine klimafreundliche Energieversorgung.
Die Einspeiseanlage reduziert den Druck des gelieferten Wasserstoffs und speist ihn mit 250 Millibar in den entsprechenden Netzabschnitt ein. Den dafür benötigten grünen Wasserstoff liefert die Westfalen AG in Trailern per Lkw nach Hohenwart.
Das Forschungsinstitut DVGW-EBI hat zuvor grünes Licht für alle im Verteilnetzbereich verbauten Komponenten gegeben. H2-tauglich sind auch alle verbauten Komponenten in den Heizungsräumen der Haushalte, inklusive der ursprünglich vorhandenen volumetrischen Gaszähler, die für die Messrichtigkeit mit Wasserstoff durchaus geeignet sind. Wegen des größeren Volumenstroms von Wasserstoff werden sie trotzdem durch handelsübliche, aber größer ausgelegte Zähler ersetzt.
Die 100 Prozent H2-fähigen Brennwertthermen kommen vom Kooperationspartner Vaillant. Als Teil des Forschungsvorhabens werden zudem Regularien für die Messung von Wasserstoff aufgestellt. Das Messkonzept ist vom Eichamt beziehungsweise Landesamt für Maß und Gewicht (LMG) für den Feldtest freigegeben. H2Direkt ist Teil des TransHyDE-Projekts Sichere Infrastruktur und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. (s. Bericht S. 15)
Ob Wasserstoff einen Beitrag zur Wärmewende leisten kann, wird auch davon abhängen, wie leicht sich vorhandene Erdgasnetze umstellen lassen. Gasnetz Hamburg will das im Projekt H2Switch100 herausfinden. Dafür nimmt das Unternehmen ein möglichst gewöhnliches Stück seines Bestandsnetzes unter die Lupe.
Etwas Besonderes ist der kleine Netzabschnitt in Hamburgs südlichem Stadtteil Harburg nicht – und genau deshalb hat Gasnetz Hamburg ihn ausgewählt. Insgesamt 16 Anschlüsse, davon 14 in normaler Haushaltsgröße, ein Gewerbehof und ein Sportverein gehören dazu. In den Wohnhäusern sind Gasheizungen installiert. Gewerbehof und Sportverein betreiben ein Blockheizkraftwerk mit Erdgas. Es gibt in dem Teilnetz neue PE-Rohre (Polyethylen) ebenso wie alte Stahlleitungen und Hausanschlüsse aus verschiedenen Jahrzehnten. „Der Netzabschnitt ist repräsentativ für das Hamburger Gasnetz“, sagt Sebastian Esser, Projektleiter bei Gasnetz Hamburg.
Das Ziel ist es, herauszufinden, ob sich auch weitere ganz gewöhnliche Netzabschnitte auf Wasserstoff umstellen ließen. Durch den Mix von Materialien und Bauarten unterscheidet sich H2Switch100 vom zeitlich weiter fortgeschrittenen Projekt H2Direkt der Thüga in Hohenwart. Dort will diese bereits im Winter 2023/24 zehn Haushalte und einen Gewerbekunden mit reinem Wasserstoff beliefen. Allerdings sind dort ausschließlich die als wasserstofftauglich bekannten PE-Leitungen verbaut (s. S. 30).
Machbarkeitsstudie mit Laborversuchen
In Hamburg stehen derweil noch die Voruntersuchungen an. Gemeinsam mit den Partnern TÜV Süd und DBI Gas- und Umwelttechnik will Gasnetz Hamburg in einer Machbarkeitsstudie binnen zwölf Monaten die Integrität des Netzes für Wasserstoff nachweisen. Im ersten Schritt gehen dafür Proben aus dem Originalnetz ins Labor. „Von jedem Komponententyp, der im Netz vorkommt, werden wir mindestens ein Exemplar untersuchen“, sagt Esser.
Namentlich handelt es sich dabei sowohl um einzelne Schieber und Kugelhähne, aber auch um ganze Hauseinführungskombinationen und Stücke der Rohrleitungen. In den Laboren der Partner-Organisationen sollen die Bauteile dann zeigen, dass sie für den Einsatz in einem Wasserstoffnetz geeignet sind. Gibt es eine Versprödung der Stahlteile? Funktionieren die Druckregler? Halten die Absperreinrichtungen dicht? Auf diese Fragen soll die bis August laufende und von der Hamburger Förderbank IFB unterstützte Machbarkeitsstudie Antworten liefern.
„Bei den alten Komponenten und den Leitungen an sich sind wir sehr zuversichtlich, da durch die Leitungen bis in die 1980er Stadtgas mit etwa 50 Prozent Wasserstoffanteil geflossen ist. Einige Komponenten sind aber erst später dazugekommen“, sagt Esser. Die Kosten für diese erste Projektphase liegen laut Gasnetz Hamburg „im niedrigen sechsstelligen Bereich“.
Zähler und Brenner tauschen
Fallen die Labortests positiv aus, folgt Schritt 2: die eigentliche Umstellung des Netzes. Dabei geht es nicht nur um die Machbarkeit, sondern auch um Kosten. Denn auch wenn das Netz wasserstofftauglich ist, werden voraussichtlich mindestens die Brennerdüsen und die Zähler getauscht werden müssen. Schließlich muss das Normvolumen an Gas um den Faktor drei steigen, um den geringeren Brennwert des Wasserstoffs im Vergleich mit Erdgas auszugleichen.
„In den Rohrleitungen selbst ist das kein Problem. Erstens hat der Wasserstoff eine geringere Viskosität und strömt daher schneller, zweitens können wir bei Bedarf den Druck etwas erhöhen, und drittens gibt es bei den Leitungsdurchmessern im Hamburger Gasnetz auch genügend Reserven“, erklärt Esser.
Heizungen, die sich mit reinem Wasserstoff betreiben lassen, haben viele Hersteller bereits für die kommenden Jahre in petto. „Was die Blockheizkraftwerke betrifft, haben Hersteller bereits angekündigt, Geräte für den Test zur Verfügung stellen zu wollen“, so Esser. Die Mehrkosten, die durch den Pilotversuch anfallen, will Gasnetz Hamburg übernehmen. Dank dieser Zusage rennt der Versorger bei den Kunden offene Türen ein. „Sogar einige Nachbarn, die noch keinen Gasanschluss haben, haben nun auch Interesse an Wasserstoff bekundet“, erzählt Esser.
Wasserstoff aus geplantem Industrienetz
Während die Leitungen und die weiteren Bauteile sehr normal sind, ist die Lage des Teilnetzes allerdings eine sehr besondere: Es liegt quasi direkt an der Trasse für das bereits geplante Wasserstoffnetz für die Hamburger Industrie mit dem Projektnamen HH-WIN. Bereits 2024 will Gasnetz Hamburg große Teile von HH-WIN bauen. Im Jahr 2027 will das Unternehmen den ersten Wasserstoff liefern können. Die Bestätigung, dass es sich um ein sogenanntes Important Project of Common European Interest (IPCEI) handelt, welches eine besonders hohe Förderung in Anspruch nehmen darf, stand bei Redaktionsschluss allerdings noch aus.
„Im Vergleich zum Bedarf der Industrie ist der Wasserstoffbedarf für das Pilotprojekt minimal“, sagt Esser. Der Wasserstoff für das Industrienetz soll aus drei Quellen kommen, die nach jetzigen Ankündigungen alle bis zur Inbetriebnahme bereitstehen sollen. Da ist zum einen der 100 Megawatt starke Elektrolyseur, der direkt im besagten Industriegebiet am Standort des einstigen Kohlekraftwerks Moorburg entstehen soll. Nach einiger Unruhe im Projektkonsortium wollen die Hamburger Energiewerke das Projekt nun zusammen mit dem Vermögensverwalter Luxcara als Mehrheitseigner umsetzen. Die Inbetriebnahme ist weiterhin für 2026 angepeilt.
Zweitens soll Wasserstoff über ein Ammoniak-Terminal nach Hamburg kommen, das Mabanaft und Air Products Anfang 2022 angekündigt haben. Mittlerweile hat das Projekt eine nautische Risikoanalyse durchlaufen, und die Unternehmen sind dabei, die Unterlagen für das Genehmigungsverfahren zusammenzutragen. Als Zieljahr für die Inbetriebnahme nennt Mabanaft weiterhin 2026.
Und drittens ist da noch das europäische Wasserstoff-Kernnetz der Fernleitungsnetzbetreiber. Sowohl mit den Niederlanden als auch mit Wilhelmshaven ist Hamburg durch bestehende Fernleitungen verbunden, die in der ersten Projektphase auf Wasserstoff umgestellt werden sollen (s. S. 30).
Wie CO2-arm die Erzeugung des Wasserstoffs jeweils sein wird, ist bisher kaum zu sagen, da sowohl die Regularien als auch die Energieerzeugung und -umwandlung massiv in Bewegung sind.
Rolle von Wasserstoff in der Wärmewende unklar
Falls sich zeigt, dass sich das Leitungsnetz leicht umnutzen ließe, wird Wasserstoff damit allerdings nicht zur ersten Wahl für die Hamburger Wärmewende. Schließlich gibt es für die Gebäudeheizung im Gegensatz zur Industrie viele andere Optionen mit deutlich geringeren Umwandlungsverlusten. Diese Überlegung war einst auch Grundlage der Wasserstoff-Roadmap, die den – zunächst noch knappen – grünen Wasserstoff prioritär den schwer dekarbonisierbaren Sektoren zuspricht, zuallererst der Industrie. Auch die Hamburger Umwelt- und Energiebehörde (BUKEA) folgt dieser Strategie.
Die Hansestadt hat deutlich früher als die meisten anderen Großstädte damit begonnen, Daten für ein Wärmekataster zusammenzutragen, und will 2024 bereits eine vollständige Wärmeplanung vorlegen. In der Innenstadt wird diese voraussichtlich vor allem auf Fernwärme hinauslaufen, in den Randgebieten stehen Wärmepumpen hoch im Kurs.
„Sicherlich ist die Umstellung der Erdgasleitungen auf reinen Wasserstoffbetrieb keine Lösung für ganz Hamburg“, räumt auch der technische Geschäftsführer Michael Dammann von Gasnetz Hamburg ein. „Doch das Weiternutzen einer bereits bestehenden Infrastruktur mit dem grünen Gas kann bei bestimmten Bebauungsstrukturen und Lagen eine sinnvolle Ergänzung zu Optionen wie Fernwärmeausbau und Wärmepumpen sein. Mit H₂-SWITCH100 wollen wir ganz konkret herausfinden, welcher Aufwand und welche Kosten mit einer solchen Umstellung verbunden sind und ob es technische Hürden gibt.“
Am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) hat eine Metallband-Pilotanlage für eine effiziente Beschichtung von Bipolarplatten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen in Betrieb genommen. Das Institut ist nach eigenen Angaben führend in der Entwicklung von Elektronenstrahl- und Plasmatechnologien. Dieses Know-how könnte künftig auch die Wasserstofftechnologie voranbringen.
Ein Beispiel dafür wäre die plasmaaktivierte Elektronenstrahlverdampfung. Das ist ein Vakuumbeschichtungsverfahren, welches zugleich großen Durchsatz und hohe Schichtqualität ermöglicht. Genau diese Kombination ist für die Beschichtung von Bipolarplatten für Elektrolyseure sowie Brennstoffzellen entscheidend. Denn diese müssen in einer chemisch aggressiven Umgebung lange und stabil funktionieren. Dafür müssen sie mit Beschichtungen versehen werden, die die Platten zuverlässig schützen und zugleich eine elektrische Leitfähigkeit gewährleisten.
Mittels Elektronenstrahlverdampfung könnten beispielsweise umformbare Schichten auf Metallband aufgebracht werden, bevor diese zu Bipolarplatten geprägt werden, erklärte Burkhard Zimmermann, Bereichsleiter für Elektronenstrahltechnologien am Fraunhofer FEP. Die Beschichtung des Materials gilt als entscheidender Schritt für eine Skalierung der Produktion im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Herausforderung sei dabei die Umformbarkeit der Schicht. Um dies sicherzustellen sei eine dichte Makrostruktur in der Schicht mit möglichst großen Kristalliten erforderlich. Genau diese Schichteigenschaften lassen sich durch die entwickelten Prozesse realisieren.
