Partner-Projekte

Diese Forschungsprojekte bereiten ebenfalls Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft vor

Neben den Wasserstoff-Leitprojekten treiben noch weitere Projekte den Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft voran. Das Kopernikus-Projekt P2X beispielsweise erforscht Verbesserungen für Wasser-Elektrolyseure, für den Wasserstoff-Transport via LOHC und für synthetische Kraftstoffe auf Wasserstoffbasis. Der Potentialatlas Grüner Wasserstoff in Afrika hingegen untersucht, welche afrikanischen Regionen für die Produktion und den Export von Wasserstoff besonders geeignet sind. Eine Machbarkeitsstudie mit Australien erarbeitet, wie eine Wasserstoff-Lieferkette zwischen Australien und Deutschland aussehen könnte.

Das Bild zeigt einen Elektrolyseur im Labor.
Foto: © luchschenF - stock.adobe.com

Kopernikus P2X

Das Projekt P2X ist Teil der Kopernikus-Projekte für die Energiewende. Sie bilden eine der größten Forschungsinitiativen der Bundesregierung zum Thema Energiewende. Das Besondere: In den Kopernikus-Projekten entwickeln Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft Technologien für das Energiesystem der Zukunft über zehn Jahre bis zur Marktreife. Dabei erforscht P2X Technologien für Grünen Wasserstoff von der Erzeugung über die Transportierbarkeit bis hin zur Nutzung. In der zweiten Förderphase (2019-2022) arbeitet das Projekt-Team an folgenden Forschungsfragen:

  • Wie kann aus erneuerbarem Strom möglichst effizient Grüner Wasserstoff gewonnen werden?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff möglichst effizient gespeichert und transportiert werden?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff als Rohstoff für die Chemie- und Kosmetik-Industrie dienen?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff genutzt werden, um Brennöfen der Industrie zu betreiben?
  • Wie könnten kosteneffiziente Wasserstofftankstellen aussehen?
  • Wie kann Grüner Wasserstoff für die Produktion klimafreundlicher Kraftstoffe für Autos und Flugzeuge eingesetzt werden?
Das Bild zeigt in einer Infografik die Forschungsfragen von P2X.
Grafik: Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF

Rheticus

Auch bei Rheticus steht Wasserstoff im Fokus. Rheticus ist aus P2X entstanden und untersucht, wie sich aus CO2 Spezialchemikalien herstellen lassen. Dazu stellt das Projekt aus CO2, Wasser und erneuerbarer Energie zunächst ein Gemisch aus Grünem Wasserstoff und Kohlenmonoxid (Synthesegas) her, das Bakterien dann in Alkohole umsetzen. Diese Alkohole können anschließend zur Erzeugung von Kunststoffen, Nahrungsergänzungsmitteln und Kraftstoffen genutzt werden.

Das Bild zeigt einen Fermenter im Werk von Evonik.
In einem Fermenter des Chemiekonzerns Evonik setzen Bakterien das Synthesegas in Spezialchemikalien um. Foto: Rheticus/ Evonik

Potentialatlas Grüner Wasserstoff in Afrika

Weil Deutschland seinen Bedarf an Grünem Wasserstoff allein nicht wird decken können, setzt die Bundesrepublik zudem auf strategische Partnerschaften mit Erzeugerländern. In Süd- und Westafrika beispielsweise herrschen hervorragende Bedingungen, um Strom aus Wind und Sonne auf ungenutzten Flächen zu produzieren. Derzeit fördert das Bundesforschungsministerium einen Potentialatlas: Er analysiert Möglichkeiten, Grünen Wasserstoff in Afrika produzieren und exportieren zu können. Dabei werden neben den Bedingungen für Erneuerbare Energien und der notwendigen Infrastruktur insbesondere die Möglichkeiten für eine nachhaltige Entwicklung vor Ort betrachtet.

HySupply

Auch mit Australien ist Deutschland eine strategische Partnerschaft eingegangen – unter anderem in Form einer gemeinsamen Machbarkeitsstudie. Zusammen mit einem australischen Konsortium aus Wissenschaft und Wirtschaft sollen bestehende regulatorische, technische und ökonomische Hemmnisse entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Wasserstoff identifiziert werden, die für den Aufbau einer Lieferkette überwunden werden müssen. 

Das Bild zeigt schematisch den Weg des Wasserstoffs.
So verläuft der Weg des Wasserstoffs: Wind, Sonne, Biomasse und Wasser produzieren erneuerbare Energie. Sie wird genutzt, um Wasser-​Elektrolyse zu betreiben. Dabei wird Wasser (H2O) unter Strom gesetzt, wobei es sich in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) teilt. Der hierbei gewonnene Wasserstoff wird dann für die Nutzung transportiert. Grafik: Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF

Der Austausch wird von Stakeholder-Gruppen aus beiden Ländern unterstützt. Von besonderem Interesse ist das Vorhaben für deutsche Schlüsselindustrien, die zukünftig einen großen Bedarf an erneuerbarem Wasserstoff haben werden. Daneben wird zudem das Ziel verfolgt, deutschen Maschinen- und Anlagenbauern Technologieexporte zu ermöglichen.

Wasserstoff-Roadmap

Um die Ziele der Nationalen Wasserstoffstrategie bestmöglich umzusetzen und diese – wenn nötig – immer wieder anzupassen, wird das Bundesforschungsministerium eine Wasserstoff-Roadmap für eine deutsche Wasserstoffwirtschaft auf den Weg bringen. Im Roadmap-Prozess werden zusammen mit Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft Anwendungsszenarien entworfen, aus denen sich Forschungs- und Handlungsbedarfe ableiten lassen. Durch die Schnittstelle Nationaler Wasserstoffrat werden die Ergebnisse zügig Eingang in die weitere Ausgestaltung der Wasserstoffstrategie finden.

 

Weitere Projekte zum Thema Grüner Wasserstoff:

Das Projekt Carbon2Chem will die im Stahlwerk von ThyssenKrupp anfallenden Abgase (sogenannte Hüttengase) als Rohstoff nutzen – statt sie klimaschädlich in die Atmosphäre entweichen zu lassen. Dazu nutzt es Wasserstoff aus den Hüttengasen, fügt zusätzlich noch selbst produzierten Wasserstoff hinzu und produziert aus dem so entstehenden Gasgemisch schlussendlich Dünger, Kunststoffe und synthetische Kraftstoffe.

Die Machbarkeitsstudie MACOR untersucht am Beispiel des Stahlwerks in Salzgitter, wie und ob eine umweltfreundlichere Stahlproduktion möglich ist, indem Grüner Wasserstoff statt Kohle zum Heizen benutzt wird.

Das Projekt NAMOSYN widmet sich der Analyse und Beurteilung von synthetischen Kraftstoffen – unter anderem hergestellt mithilfe von Grünem Wasserstoff.

Die deutsch-französischen Projekte BRIDGE und LivingH2 untersuchen, wie die Wasserstoff-Brennstoffzelle verbessert und eine komplette Haus-Energieversorgung mit Wasserstoff aussehen könnte.

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Das Projektkonsortium HYPOS im Programm Zwanzig20 hat das Ziel, die wirtschaftliche Erzeugung von Wasserstoff via Wasserelektrolyse in großtechnischem Maße voranzutreiben. Dabei wird die umfassende Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien adressiert, um künftig insbesondere auch temporäre Stromüberschüsse sinnvoll nutzen zu können. HYPOS beforscht verschiedene Bereiche entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette, und bearbeitet somit in verschiedenen Verbundprojekten u.a. die Themenfelder der chemischen Umwandlung von Strom, Transport und Speicherung sowie Verwertung und Vertrieb von Wasserstoff.

Im Verbundvorhaben LocalHy innerhalb des Konsortiums HYPOS beforschen sieben Partner aus Südthüringen das Thema dezentrale Wasserstoffanwendungen im urbanen Umfeld. Im Vorhaben wird überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff und Sauerstoff umgewandelt. Während der Wasserstoff zur Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt wird und so emissionsfreie Mobilität ermöglicht, verbessert der Sauerstoff die Reinigungsleistung einer kommunalen Kläranlage. Wasserstoff und Sauerstoff werden schließlich gemeinsam im weltweit ersten, emissionsfreien Wasserstoff-Sauerstoff-Kreislaufmotor schadstofffrei und klimaneutral rückverstromt.

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Im Verbundvorhaben H2-Netz innerhalb des Konsortiums HYPOS arbeiten Akteure aus Wirtschaft und Wissenschaft daran, ein innovatives Verteilnetzkonzept zur Versorgung von Verbrauchern mit Wasserstoff zu entwickeln. Im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen wurde im Rahmen des Vorhabens das Versuchsfeld „H2-Netz“ aufgebaut, auf dem die Verteilung von Wasserstoff bis hin zum Anschluss an Privathaushalte simuliert. Hier werden technische, wirtschaftliche und ökologische Fragen rund um die Verteilung und der Verwendung des Energieträgers Wasserstoff untersucht. Im Rahmen von Tagen der offenen Tür laden die Partner derzeit (März – Dezember 2020) interessiertes Fachpublikum auf das Versuchsfeld ein.

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Im Projekt DEPECOR werden nachhaltige Kraftstoffe aus Wasser, CO2 und Sonnenlicht hergestellt. Dieser als künstliche Photosynthese bezeichnete Prozess könnte in Zukunft die Energie- und Rohstoffversorgung revolutionieren. Die Erzeugung von Grünem Wasserstoff durch photokatalytische Wasserspaltung ist dabei der erste wichtige Schritt. Der Forschungsverbund unter der Leitung von Prof. Thomas Hannappel wird mit Projektstart am 01.02.2020 in die nächste Phase gehen. Innerhalb der nächsten drei Jahre soll ein Prototyp für die Künstliche Photosynthese entwickelt werden. Die Forscher wollen damit eine Spitzenposition erreichen. Deshalb arbeitet das DEPECOR-Projekt eng mit dem weltweit führenden Joint Center for Artificial Photosynthesis in Kalifornien (USA) zusammen.

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Das Projekt BioUGS will die Grundlagen der biologischen Methansynthese in unterirdischen Erdgasspeichern erforschen. Mit der Umwandlung von Wasserstoff und CO2 zu Methan durch Mikroorganismen können unvermeidbare industrielle CO2-Emissionen zur klimaneutralen Herstellung von Erdgas genutzt werden. Wenn die Entwicklung dieses Prozesses gelingt, kann der existierenden Erdgasinfrastruktur in Zukunft eine entscheidende Rolle bei der Speicherung von grünem Wasserstoff zukommen.

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Das Projekt BioDME wird den Energiegehalt von industriellem Abwasser mit hoher organischer Belastung nutzen, um daraus mit Hilfe einer mikrobiellen Elektrolysezelle grünen Wasserstoff zu erzeugen. In einer zweiten Stufe wird dieser Wasserstoff zur Synthese von Dimethylether (DME) genutzt. DME hat einen hohen Marktwert. Es kann als Treibstoff verwendet oder als Basis-Chemikalie in weitere Veredelungs- und Syntheseprozesse eingespeist werden. Ziel des Projektes ist der Bau einer Pilotanlage, die mit Abwasser der Brauerei Becks aus Bremen betrieben wird.

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