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W wie Wasserstoff


Um die Erderwärmung auf unter 2°C zu begrenzen, will Deutschland bis 2050 die Treibhausgasemissionen in CO2-Äquivalenten gegenüber 1990 um 80 Prozent bis 95 Prozent reduzieren. Grüner Wasserstoff gilt dabei als Energieträger der Zukunft. Die Bundesregierung misst ihm in ihrem Energiekonzept 2050 eine zentrale Bedeutung bei der Bewältigung der Energiewende zu. Auf dem Weg zu einer nachhaltigen und kohlenstoffarmen Wirtschaft leistet er einen wichtigen Beitrag zur
 

  • Reduzierung von Treibhausgasemissionen
  • Dekarbonisierung von Sektoren mit hohem Energiebedarf wie Verkehr, Industrie und Energieerzeugung
  • Integration erneuerbarer Energien.
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Damit Grüner Wasserstoff zukünftig in großen Mengen kostengünstig produziert, transportiert und gespeichert werden kann, kommt es aktuell darauf an, dass der Sprung von der Forschung in die industrielle Umsetzung gelingt. Der Mittelstand spielt dabei eine wichtige Rolle, da er in der Lage ist, schnell auf veränderte Marktbedingungen zu reagieren und neue Technologien zur Marktreife zu bringen. 

Viele mittelständische Unternehmen stellen Komponenten und Systeme für die Wasserstofftechnologie her, wie beispielsweise Brennstoffzellen, Wasserstofftanks und Elektrolyseure. Außerdem sind viele mittelständische Unternehmen als Anwender von grünem Wasserstoff tätig, als Betreiber von Wasserstofftankstellen oder Unternehmen, die Wasserstoff für die Erzeugung von Wärme und Strom nutzen.

Mit einem „Mittelstands-Pakt für Transformation / Wasserstoff“ will die AiF daher den im Dezember 2022 vorgestellten Aktionsplan „Mittelstand, Klimaschutz und Transformation“ des Bundesministeirums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) insbesondere im Bereich Forschung und Transfer unterstützen, damit sich mittelständische Unternehmen mit ihren Ideen, Bedarfen und Herausforderungen aktiv einbringen und somit zielgenau unterstützt werden können.

Unsere Showcases geben Einblicke in Forschung, Praxis und Initiativen im Netzwerk der AiF.

AiF-Forschungs- und Transferallianz Wasserstoff

In der AiF-FTA H2 sind Forschungs- und Transferkompetenzen aus unterschiedlichen Branchen zusammengeführt, die enge Beziehungen zum zukunftsträchtigen Technologiefeld Wasserstoff haben. Ihr gehören aktuell 19 Forschungsvereinigungen der AiF an. Mehr Informationen zur AiF-FTA H2

 

AiF-Forschungsvereinigung
VDZ Technology gGmbH

Grüner Wasserstoff zur Zementherstellung

Problem

  • Zementherstellung gehört zu den energieintensivsten Industriebereichen und verursacht Emissionen von ca. 1 t CO2 pro 1 t Zement (2/3 Prozessemissionen, 1/3 Brennstoffemissionen); in Deutschland ca. 35 Millionen t pro Jahr.
  • Effiziente und bezahlbare Nutzung des Wasserstoffs im Zementwerk: ca. 4.000 MW Strom werden benötigt, um die kohlenstoffhaltigen Brennstoffe der Zementindustrie auf Wasserstoff umzustellen

Wirkung

  • Wasserstoff-Zwischenspeicherung im Zementwerk; Wasserstoff-Anwendung als Brennstoff bei dem Klinkerbrennprozess
  • Labor- und Technikumsversuche für den industriellen Maßstab zur CO2-Reduktion
  • Technologieexport in weitere mittelständische Unternehmen, z.B. des  Anlagenbaus, möglich

Beitrag zur Transformation

  • Dekarbonisierung der Zementindustrie
  • Effiziente Herstellung des Wasserstoffs für die Zementklinkerproduktion

Einbindung Mittelstand

  • 8 Unternehmen im Projektbegleitenden Ausschuss, davon 6 KMU
  • Wissenstransfer branchenübergreifend
     

Das Projekt wurde im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz mit öffentlichen Mitteln unterstützt.

Stromverteiler aus der Papiermaschine

Elektrolysesysteme bilden einen wichtigen Kostenfaktor bei der Herstellung von Grünem Wasserstoff. Künftig können funktionale Stromverteiler auf hochproduktiven Papiermaschinen erzeugt werden. Im Vergleich zu den bisherigen Titansinterkörpern werden mit dem neuen „Papier“ ein Fünftel der Kosten eingespart und der Wirkungsgrad des Elektrolyseprozesses erhöht. Mehr Information im 4-minütigen Film. 

Problem

  • Für die Erzeugung von grünem Wasserstoff benötigt man Elektrolyse-Zellen. 
  • Hauptkostenfaktor bei deren Herstellung sind Stromverteiler, die aus feinen metallischen Vliesen, Geweben und Sinterkörpern aus Titan bestehen.

Wirkung

  • Durch alternative Materialien und technologische Konzepte können funktionale Stromverteiler zukünftig auf hochproduktiven Papiermaschinen erzeugt werden. 
  • Elektrolysezellen können dadurch produktiver und um ein Fünftel kostengünstiger gefertigt werden. 

Beitrag zur Transformation

  • Das Projekt legt die Grundlage für einen echten Innovationssprung.
  • Kostengünstige Elektrolysesysteme unterstützen die großtechnische Verbreitung der Wasserstoff-Technologie.

Einbindung Mittelstand

  • Technologie ist unmittelbar für mittelständische Unternehmen nutzbar
  • 12 Unternehmen im Projektbegleitenden Ausschuss, intensive Transferaktivitäten

 

Das Projekt wurde im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz mit öffentlichen Mitteln unterstützt.

Modelle zur Bewertung von Wasserstofftankstellen

Problem

  • Hoher Optimierungsbedarf bei der Entwicklung von Wasserstofftankstellen (hydrogen refueling station – HRS); Bedarf für Lkw und Busse steigt

Wirkung

  • Ziel: Einzelmodelle der wichtigsten Komponenten und ein HRS-Gesamtmodell mit der Simulationssoftware Matlab-Simulink entwickeln
  • Ökonomischer Vergleich verschiedener Tankstellenkonzepte und der Auslastungen bei spezifischen Wasserstoffbereitstellungskosten 

Beitrag zur Transformation

  • Weiterentwicklung und energetische Optimierung von Wasserstofftankstellen für die Betankung von Pkw, Lkw und Bussen = Dekarbonisierung des (Liefer-)Verkehrs 
  • Bisher 95 Wasserstofftankstellen in Deutschland (140 europaweit)

Einbindung Mittelstand

  • KMU, die sich mit HRS-Teilbereichen befassen, simulieren Anforderungen an Komponenten für Neuentwicklungen
  • 16 Unternehmen im Projektbegleitenden Ausschuss, darunter 11 KMU

Das Projekt wurde im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz mit öffentlichen Mitteln unterstützt.

H2-Zumischung bei der Glasherstellung

Problem

  • Für jährlich rund 7,8 Mio. Tonnen verkaufsfähigen Glases fallen pro Jahr rund 4 Mio. Tonnen CO2-Emissionen an.
  • Der Einsatz von Wasserstoff in der Schmelzwanne beeinflusst indirekt über den erhöhten Wasserdampfanteil im Abgas die Glaseigenschaften

Wirkung

  • experimentelle und numerische Untersuchungen zur Auswirkung von H2-Zumischung auf verschiedene Prozessschritte der Glasherstellung
  • Lösungen und Handlungsempfehlungen, um Auswirkungen auf das Produkt beim Wasserstoff-Einsatz zu vermeiden

Beitrag zur Transformation

  • Deutschland ist größter Glashersteller Europas = Wasserstoff-Nutzung bringt weitreichende verbrennungsbasierte CO2-Emissionsreduktion
  • Wissenstransfer in andere Branchen

    Einbindung Mittelstand

    • 9 Unternehmen im Projektbegleitenden Ausschuss, davon 5 KMU

    Das Projekt wurde im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz mit öffentlichen Mitteln unterstützt.

    Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE

    • Das Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE hat zum Ziel, eine Wasserstoff-Transport-Infrastruktur zu entwickeln.
    • Das Teilprojekt „Sys“ kümmert sich um die Systemanalyse zu Transportlösungen für grünen Wasserstoff. Hier sind drei Forschungsvereinigungen der AiF engagiert:

      ■ die DECHEMA
      ■ der DVGW und
      ■ die PTS.
       
    • TransHyDE wird durch das Bundesforschungsministerium gefördert, ist im April 2021 gestartet und wird durch ein Konsortium aus über 50 Mitgliedern bearbeitet. 
    • Da insbesondere für den Import andere Lösungen als Gas-Pipelines benötigt werden, entwickelt das Projekt verschiedene Technologien zum Wasserstoff-Transport, bewertet und demonstriert sie. 

    Weitere Mitglieder

    Papiertechnische Stiftung (PTS)

    Bilder / Grafiken: © Canva