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:
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.
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
Infosplitter
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