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Neue Projekte und Lösungen für die Wasserstoffwirtschaft

Vier neue Wasserstoffzentren, eine neue Reduktionsanlage für die Stahlindustrie oder eine Referenzfabrik für Elektrolyseure sollen die Wasserstoffwirtschaft voranbringen.

Lesezeit: 8 Minuten

Die Wasserstoffwirtschaft nimmt in Deutschland immer stärker Fahrt auf. Wir stellen Ihnen im Folgenden die neuesten Entwicklungen und Projekte vor:

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Referenzfabrik sollen Elektrolyseure günstiger machen

Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein bei der Umstellung von Industrie und Verkehr auf erneuerbare Energien. Die Schlüsselkomponente bei der Herstellung ist der Elektrolyseur: In ihm wird Wasser mit Strom z. B. aus Wind oder Sonne in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Um Wasserstoff zu marktwirtschaftlichen Preisen und zugleich klimaneutral herzustellen, müssen Elektrolyseure in großer Zahl automatisiert produziert werden. Mit den bisher verfügbaren Technologien wäre eine Massenproduktion viel zu teuer und nicht konkurrenzfähig, urteilt das Fraunhofer Institut. Aus dem Grund arbeiten Fraunhofer-Forschende aus Chemnitz, Görlitz, Aachen, Stuttgart und Halle (Saale) in einem neuen Großforschungsprojekt an einer Referenzfabrik, in der in den nächsten vier Jahren neue Produktionsverfahren entwickelt und geprüft werden können. Die Produktionskosten für Wasserelektrolyseure im Gigawatt-Bereich sollen damit um mehr als 25 Prozent sinken.
Die besten und wirtschaftlichsten Verfahren werden parallel komplett virtuell nachgebaut und in einen Technologiebaukasten überführt, der es Industrieunternehmen erlaubt, vor der Planung einer Fertigung genau zu prüfen, mit welchen Produktionskosten sie für bestimmte Elektrolyseur-Typen rechnen müssen. Die Bundesregierung fördert das Vorhaben mit 22 Mio. € über das Wasserstoff-Leitprojekt „H2Giga“.

Vier neue Wasserstoffzentren in Deutschland

Pfeffenhausen im Landkreis Landshut wird einer von vier Standorten für das Nationale Innovations- und Technologiezentrum Wasserstoff. Diese Entscheidung hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) heute bekannt gegeben. Das bayerische Konsortium für Pfeffenhausen besteht aus den Unternehmen Hynergy GmbH, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST), MR PLAN, TesTneT, TÜV SÜD, den Universitäten Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und Technische Universität München (TUM) sowie der Forschungseinrichtung Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN). Über 40 Verbundpartner vor allem aus der Fahrzeug- und Zulieferindustrie unterstützen den Standort. Neben Pfeffenhausen werden auch Chemnitz (Sachsen), Duisburg (Nordrhein-Westfalen) und ein weiterer Standort in Norddeutschland Teil des Nationalen Wasserstoffzentrums. Das norddeutsche Innovations- und Technologiezentrum (ITZ) soll als ein neuartiges Dienstleistungszentrum für die Wasserstofftechnik im künftigen Netzwerk des Deutschen Zentrums für die Mobilität der Zukunft aufgebaut werden. Es ist für die Luftfahrt und für die Schifffahrt an den Standorten Bremen/Bremerhaven, Hamburg und Stade konzipiert.

Wasserstoff statt Kohle

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt mit dem neuen Helmholtz-Cluster für nachhaltige und infrastrukturkompatible Wasserstoffwirtschaft (HC-H2) den Strukturwandel im Rheinischen Revier. Das Leuchtturmprojekt für forschungsgetriebene Wertschöpfung wird im Rahmen des Strukturstärkungsgesetzes Kohleregionen bis zum Jahr 2038 mit rund 860 Mio. € gefördert. Das HC-H2 soll als großangelegtes Forschungs- und Innovationscluster den Strukturwandel im Rheinischen Braunkohlerevier vorantreiben. Das Forschungszentrum Jülich arbeitet hierfür mit Unternehmen, weiteren Forschungseinrichtungen und Organisationen der Region zusammen. Der Ausstieg aus der Kohleverstromung wird so mit dem Aufbau von nachhaltiger Wertschöpfung im Bereich der Wasserstofftechnologien verknüpft. Das HC-H2 wird innovative Technologien für die Produktion, Logistik und Nutzung von grünem Wasserstoff erforschen, entwickeln und großskalig demonstrieren.

Das HC-H2 konzentriert sich auf flüssige oder leicht verflüssigbare Wasserstoffträger, die sich ähnlich wie konventionelle, fossile Brennstoffe handhaben lassen. So lässt sich Wasserstoff beispielsweise chemisch in Form von Methanol oder anderen Alkoholen sowie Ammoniak speichern, oder mittels der LOHC-Technologie an organische Trägerflüssigkeiten binden, die sich mit der bestehenden Infrastruktur und vorhandener Logistik, etwa mit Tanklastern, Öltankern und Containern, transportieren lassen. (https://helmholtz-cluster-wasserstoff.de/)

Innovativer Wasserstofftransport

Grüner Wasserstoff ist in vielen Industrien für die Transformation zur Klimaneutralität essenziell: von der Stahlerzeugung bis zur Glasherstellung. Doch das leicht entzündliche Gas ließ sich bislang nur mit großem Aufwand transportieren. Das Unternehmen Hydrogenious LOHC Technologies hat eine Technologie entwickelt, mit deren Hilfe grüner Wasserstoff gefahrlos und effizient gelagert und transportiert werden kann: Das Gas wird an ein Wärmeträger-Öl gebunden und kann damit in der bestehenden Infrastruktur für heutige Kraftstoffe transportiert werden. Bei Bedarf wird der Wasserstoff wieder davon gelöst und das Öl – wie eine Pfandflasche – für die nächste Ladung benutzt. Dafür hat die Auswahljury des Deutschen Gründerpreises das Unternehmen aus Erlangen als Aufsteiger 2021 nominiert.

Mit dem sogenannten LOHC-Verfahren (LOHC steht für „Liquid Organic Hydrogen Carrier“ oder „Flüssiger organischer Wasserstoffträger) lässt sich wegen der hohen Speicherdichte fünfmal so viel Wasserstoff speichern, als wenn dieser etwa mit Druck komprimiert wird. Zudem bestehen keine gesonderten Anforderungen an die Transportfahrzeuge. Damit sollen sich neue Möglichkeiten für die Speicherung und den Import erneuerbarer Energie ergeben: In „stürmischen“ Zeiten oder dort, wo es besonders sonnig ist, kann durch Elektrolyse Wasserstoff gewonnen und dank LOHC-Verfahren vergleichsweise einfach gespeichert werden, bei „Flaute“ wird der Energieträger freigesetzt. Hydrogenious stellt auf Basis seiner LOHC-Technologie die Anlagensysteme zur Speicherung und Freisetzung des Wasserstoffs her, Industrie-Maschinen zur Umwandlung von jeweils mehreren tausend Tonnen Wasserstoff pro Jahr.

Wasserstoff in der Stahlproduktion

Der Stahlhersteller ArcelorMittal will in seinem Werk in Hamburg die erste wasserstoffbasierte DRI-Anlage (DRI= Direct Reduced Iron, also direktreduziertes Eisen oder Eisenschwamm) in Deutschland im industriellen Maßstab bauen. Mit dieser Demonstrationsanlage, in der ausschließlich Wasserstoff als chemisches Mittel zur Reduktion von Eisenerz zu DRI eingesetzt wird, soll der Grundstein für einen Stahlerzeugungsprozess gelegt werden, der die Herstellung von Stahl ohne CO2-Emissionen mit Hilfe von Elektrolichtbogenöfen ermöglicht, die mit Wasserstoff reduziertem DRI und Schrott beschickt und mit erneuerbarem Strom betrieben werden. Mit der geplanten Anlage will ArcelorMittal 100.000 t DRI für die Stahlerzeugung unter Verwendung von Wasserstoff produzieren. Die Technologie ist direkt übertragbar und zeigt, wie andere Stahlwerke des Konzerns – zum Beispiel in Bremen und Eisenhüttenstadt – auf eine klimaneutrale Stahlproduktion umstellen können. „Eines ist jedoch klar: Die Herstellung von kohlenstoffarmem oder kohlenstofffreiem Stahl ist deutlich teurer als die traditionelle Stahlerzeugung. Bei diesen Herausforderungen sind wir weiterhin auf die Unterstützung der Politik angewiesen, um die Rahmenbedingungen zu schaffen“, sagt Dr. Uwe Braun, CEO bei ArcelorMittal Hamburg.

Die Bundesregierung will den Bau der Anlage mit 55 Mio. € fördern, was der Hälfte der erforderlichen Gesamtinvestitionen von 110 Mio. € entspricht. Als nächstes muss die Europäische Kommission die Absicht der Bundesregierung zur Bereitstellung von Mitteln genehmigen, bevor mit der Errichtung der neuen Anlage begonnen werden kann. Die Produktion soll im Jahr 2025 anlaufen.

DRI wird in Hamburg derzeit mit Hilfe von Erdgas hergestellt, um Eisenerz zu reduzieren. In einer Übergangsphase soll zunächst die Reduktion von Eisenerz mit Wasserstoff demonstriert werden, wobei der Wasserstoff aus der Restgasabscheidung des Hamburger Werks stammt. Sobald er in ausreichenden Mengen und zu einem erschwinglichen Preis zur Verfügung steht, wird grüner Wasserstoff - hergestellt aus der Elektrolyse von Wasser unter Verwendung erneuerbarer Energien - genommen. Bis 2030 plant ArcelorMittal, allein im Hamburger Werk mehr als eine Mio. t kohlenstoffneutralen Stahl pro Jahr zu produzieren und damit rund 800.000 t CO2-Emissionen jährlich einzusparen.

Steinbach fordert neues Energierecht

Brandenburgs Energieminister Jörg Steinbach hat an den Bund appelliert, „das Energierecht endlich fit zu machen für Wasserstoff und eine intelligente Sektorenkopplung“. Eines der Hauptprobleme für alle Projekte zur Sektorenkopplung sei die fehlende Wirtschaftlichkeit von aus erneuerbaren Energien gewonnenem Wasserstoff. „Dieser muss am Markt aktuell mit ,grauem‘ Wasserstoff konkurrieren – das ist ein unfaires Rennen“, sagte Steinbach gestern bei der Tagung des Wasserstoffnetzwerks „Lausitz DurcH2atmen“ in Schipkau.

Ursache des Problems seien vor allem die regulatorischen Rahmenbedingungen „und hier insbesondere die staatlich induzierten Strompreisbestandteile“, sagte Steinbach. Es bedürfe einer grundlegenden Reform der Steuern, Abgaben und Umlagen. „Wir brauchen dringend eine monetäre Entlohnung für den aus erneuerbaren Energien gewonnenem Wasserstoff, um mit dem so wandlungsfähigen chemischen Element den positiven Klimabeitrag leisten zu können, den es zu leisten imstande ist“, so der Minister weiter.

Die Bundesregierung habe mit ihrer nationalen Wasserstoffstrategie einen Schritt in die richtige Richtung gemacht. „Ich bin auch froh darüber, dass der Bund Institutionen wie das Kompetenzzentrum Klimaschutz in energieintensiven Industrien, das PtX Lab oder das DLR-Institut für CO₂-arme Industrieprozesse in Brandenburg angesiedelt hat. Gleichwohl gibt es aktuell großen Handlungsbedarf bei den regulatorischen Rahmenbedingungen“, erklärte der Minister.

Das Wasserstoffnetzwerk Lausitz DurcH2atmen wurde 2019 gegründet und hat aktuell mehr als 100 Mitglieder und Unterstützer aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik aus Ostsachsen und Südbrandenburg. Ziele sind die Etablierung der Wasserstofftechnologie in der gesamten Wertschöpfungskette von der Erzeugung bis zur Nutzung von aus erneuerbaren Energien gewonnenem Wasserstoff in der Lausitz, die Dekarbonisierung von Prozessen und Ersatz durch Wasserstoff, beginnend in Energieerzeugung, Wärmewirtschaft, Verkehrswesen und Kreislauf­wirtschaft, sowie der Aufbau von Produktionskapazitäten für Teile und Komponenten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure in der Lausitz.

Reise zur Wasserstoffprojekten

Eine viertägige Agrarreise von Farm-Tours zeigt erfolgreiche Energiewende-Projekte in Schleswig-Holstein, das in vielerlei Hinsicht Vorreiter für die Energiewende in Deutschland ist. So ist in keinem Land der Anteil der Windenergie am Stromverbrauch so hoch. Gleichzeitig gibt es erfolgreiche Bürgerwindparks oder Projekte, bei denen der Windstrom in Wasserstoff umgewandelt wird.

Die viertägige Agrarreise „Regenerative Energien/Wasserstofftechnik“ gibt vom 19. bis 22. Oktober Einblicke in viele dieser Lösungen. Die Besucher treffen diverse Unternehmen an der Westküste Schleswig-Holsteins von Heide bis zur dänischen Grenze. Zudem lernen sie den GreenTEC-Campus kennen. Auch steht das Thema GPS-Steuerung und selbst entwickelte Wildkrautroboter bei dem Besuch eines der größten ökologischen Betriebe Deutschlands auf dem Programm. Anmeldeschluss ist der 7. September. Anmeldung und weitere Infos finden Sie unter www.farm-tours.de

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