Man muß nicht alles wissen, nur, wo es steht

Wasserstoff für eine dekarbonisierte Zukunft


Die Klimaerwärmung, aber auch die wirtschaftliche und damit politische Abhängigkeit von Energieimporten hat Europa dazu bewogen, in 2019/20 den Green Deal abzuschließen. Das Ziel ist - grob - das CO2 Reduktionsziel von 2030 zu erreichen und die Eigenversorgung mit Regenerativer Energie drastisch zu erhöhen.

Da Wind- und Solarstrom regional unterschiedlich verteilt generiert wird (Spanien prädestiniert für Strom, Küstenländer wie Dänemark, England und Schweden für Wind), benötigt man neben Transportleistung auch Speichermöglichkeiten.

Die Lithium Ionen Technik erlaubt zwar stationäre Speicherkapazitäten im MWh Bereich. Doch wirklich große Mengen Strom können auf einfachere Weise in einem Wasserstoff-Kreislauf gespeichert (und transportiert) werden. Davon zumindest ist der europäische Zusammenschluss "Hydrogen Europe" überzeugt,

Die Aufgaben, die zu bewältigen sind, können mit folgenden Oberbegriffen zusammen gefasst werden:

  • Substitution/Reduktion von Platin; Kostenreduktion
  • Forschung und Entwicklung in Bezug auf Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Effizienz und Robustheit
  • Übergang zu Massenfertigung von FC/EC Stacks (Kostenreduktion und Quantität sind Grundvoraussetzung für eine breite Akzeptanz)
  • Aufbau einer ausreichenden Elektrolyseleistung (Power-to-Gas)
  • Aufbau eines Tankstellennetzes (HRS: Hydrogen Refueling Station)
  • Ausbau der Anwendungen (Schwertransport, stationäre Wärme/Stromgewinnung, Strombalancing, etc.)
  • Ausbau eines Transportnetzes (gasförmig, verflüssigt, Druckspeicherung, LOHC)
  • Kommerzialisierung der Hydrogen-Industrie ähnlich LION-Technik bis hin zu gleichen Standards, Bezahlung, Handel usw.
  • Nutzung der "Economy of Scale (Skaleneffekt)" zur massiven Reduktion von Kosten in Produktion, Lagerung und Distribution
  • Optimierung der Sektorenkopplung Strom - Wärme - Industrie und Verkehr

Die Webseite der Joint Group listet etliche Industriepartner, Forschungseinrichtungen und regionalen und multilateralen Förderprogramme auf. Die hier gezeigte Liste beschränkt sich auf Industriepartner weltweit. Die Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und stellt keine Wertung dar.

Eine der vordringlichsten Aufgaben der deutschen Industrie im globalen Wettrennen um die Führerschaft im Bereich Wasserstoff ist, die massenhafte Herstellung von Brennstoffzellen zu automatisieren. Erst der Wechsel von einer Manufakturfertigung hin zu einer schnellen, fehlerminimierten Fertigung ermöglicht konkurrenzfähige Preise für Brennstoffzellen-Anwendungen. Denn statt 1000 Euro pro kW Leistung muß eher der Wert 500 EUR für 100 kW Leistung erreicht werden. Dann sind Brennstoffzelle und Verbrennermotor in etwa gleichauf mit den direkten Kosten.

Das klingt zunächst viel, denn das bedeutet Herstellkosten von einem Zehntel der heutigen Kosten. Doch das Ziel ist erreichbar - durch Automatisierung, die neben den Fertigungskosten auch die Ausschußquten reduziert kann. Der VDMA hat betreits früh diese Herausforderung erkannt und eine eigene Task-Force-Gruppe gebildet.

Bei 350-400 einzelnen Brennstoffzellen pro Stack sind also Taktzeiten im Bereich von Sekunden erforderlich zur Herstellung von Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten (MEA`s). Auch etliche Fraunhofer-Institute arbeiten mit der Industrie zusammen an entsprechenden Lösungen.

Eine Aussage aus dem September 2020 vom Vicepresident Operations der ältesten Firma, die sich kommerziell mit Brennstoffzellen beschäftigt (Ballard Power), unterstreicht die Aussichten der ganzen Branche:
„Wir haben im April 2019 eine strategische Investition zur Erweiterung der MEA-Produktionskapazität getätigt, die uns auf das erwartete Wachstum der Nachfrage nach Brennstoffzellenmotoren für schwere und mittelschwere Antriebsanwendungen vorzubereitet. Das betrifft  Brennstoffzellen für Anwendungen in Bus-, LKW-, Zug- und auch Seeschiffen." (Jyoti Sidhu)

Die Produktionserweiterung ermöglicht die Fertigung von ca. 6 Millionen MEA`s pro Jahr, was einer Leistung von knapp 1,7 Gigawatt entspricht. Produktionsbeginn ist 2021.

Eine wichtige Anwendung für Brennstoffzellen wird in Zukunft auch die Bereitstellung von Elektrizität UND Wärme sein. In Blockheizkraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung (CHP) wird durch Nutzung der Abwärme der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle signifikant erhöht. Bei SOFC (Keramik-Brennstoffzellen mit z.T. über 1000°C Betriebstemperatur) spart man so auch Stützenergie ein. Unternehmen wie Viessmann, Powercell, Hydrogenics; Nedstack oder IRD und Sunfire gehen in diese Richtung. 


Förderprojekte/Leitprojekte Deutschland

H2Giga - führt alle wesentlichen Akteure rund um die Wasserelektrolyse mit dem Ziel zusammen, bis 2030 etwa 5 Gigawatt Produktionskapazität für grünen Wasserstoff zu installieren.

Untersucht werden PEM-Elektrolyse, alkalische Elektrolyse (AEL), Hochtemperatur-Elektrolyse (HTEL) und die Elektrolyse mit anionenleitenden Membranen (AEM).

TransHyDE - Ziel ist eine Wasserstoff-Transport-Infrastruktur für den Wasserstoffbedarf Deutschland zu entwickeln

H2Mare - Wasserstoffproduktion direkt am Offshore-Windpark

Dolphin - Herstellung industrieller Brennstoffzellenstacks mit wenigen, hochmodularer Einzelkomponenten mittels disruptiver Technologien

Promet-H2 - Herstellung von kostengünstigen, massenproduktionsreifen PEM -Wasserelektrolyseuren

Neptune - Großformatige PEM-Elektrolyseure, innovative neue Ansätze

HydroGEN - Untersuchungen von Leistung und Beständigkeit dünner  PEM-Membranen mit geringem Medien-Crossover für Wasser-Elektrolyseure

Cluster und Forschungsgemeinschaften


Infosplitter

  • Jährlicher Bericht des Energieberatungsunternehmens E4
  • 07/2020 Hyundai hat in den vergangenen 7 Jahren 10.000 Wasserstoffautos (Nexo) verkauft
  • 07/2019 Toyota Mirai 10.000 mal verkauft
  • H2-Bus Projekt (Ballard Power, Hexagon, Wrightbus, Ryse Hydrogen, Everfuel, Nel)
  • Aufteilung der gelieferten Megawatt Leistung (gesamt 1,32 GW / in 2020) nach Zell-Typ:
    PEM-FC  78%
    DMFC     0,03%
    PAFC      10%
    SOFC     11%
    MCFC     7,4%
    AFC        0,008%

Breaking Lab - Youtube Kanal

Ein wirklich guter Link zu einem Youtube-Kanal, der so manches erklärt, was dann als Grundlage für eine fundierte Diskussion dienen kann:

Breaking Lab, Jakob, Sience Videos
Elektrolyse: Sauberer Wasserstoff für die Zukunft

https://www.youtube.com/watch?v=lIkzlq3XTcA

Den Link zum "Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverband DWV" finden sie hier.​

Positionspapier der Plattform NOW (Q1/2021)
"Deutschland ist derzeit kein Technologieführer"

Die europaweit Wasserstroff-Industrie hat sich hier vereinigt: Hydrogen Europe

Europaweite Wissensplattform für Wasserstoff:

www.fchobservatory.eu