Der DWV hat seit Januar 2024 einen etwas kürzeren Namen. Statt Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband e.V. heißt er jetzt – wieder – Deutscher Wasserstoff-Verband (DWV) e.V., nachdem er im Jahr 1996 exakt mit diesem Namen gegründet, dann aber später umbenannt worden war.
Nach eigener Aussage belegt der Verein mit dieser Namensanpassung „seine Technologieoffenheit und die Diversität unter den Mitgliedsunternehmen“, und dass er der „einzige nationale Verband für Wasserstoff ist, der die gesamte Wertschöpfungskette abdeckt und die Interessen aller Wasserstofftechnologien (nicht nur explizit die Brennstoffzelle) kompetent vertritt“. Beschlossen worden war diese Änderung mit großer Mehrheit bei der 28. Ordentlichen Mitgliederversammlung im November letzten Jahres in Berlin.
KI und Wasserstoff stehen im Fokus der diesjährigen Hannover Messe. Die Messevorschau der HZwei zeigt, was an Neuem auf der Hannover Messe und insbesondere der Hydrogen + Fuel Cells Europe zu sehen ist.
Die industrielle Transformation hin zur Klimaneutralität nimmt immer mehr Fahrt auf. Daher steht auch auf der Hannover Messe dieses Jahr die Dekarbonisierung der Industrie im Mittelpunkt des Interesses. Der Energiewirtschaft kommt dabei die entscheidende Rolle zu. Dabei fußt die Transformation auf zwei Treibern: künstlicher Intelligenz (KI) und Wasserstoff. Denn klar ist, dass ohne eine Wasserstoffwirtschaft keine klimaneutrale Industrie denkbar ist.
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Über 500 Aussteller zum Thema Wasserstoff werden auf der Hannover Messe 2024 vertreten sein. Die meisten davon im Rahmen der Hydrogen + Fuel Cells Europe in Halle 13. Auch das diesjährige Partnerland Norwegen mit seinem Motto „Pioneering the Green Industrial Transition“ stellt die kohlenstoffneutrale Produktion und neue digitale Lösungen auf seinem Wasserstoffpavillon (Stand D30) in den Fokus. Ebenfalls im Zeichen der Wasserstoffwirtschaft steht die norwegisch-deutsche Energiekonferenz „Renewable Dialogue – North Sea Energy Hub“, die am 23. April 2024 im Convention Center stattfindet. Diese Konferenz will insbesondere Geschäftsmodelle der H2-Wirtschaft konkretisieren. Wasserstoff ist auch ein zentraler Baustein der Arena zur All Electric Society. Diese Arena ist direkt angegliedert an den ZVEI-Stand in der Mitte der Halle 11, Stand B58
Welche Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle die Wasserstoffwirtschaft heute schon anbietet, werden die Aussteller der Hydrogen + Fuel Cells Europe zeigen. Wichtige Akteure und Neuheiten stellt HZwei in dieser Messevorschau vor.
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Brennstoffzellentechnik
Die Proton Motor Fuel Cell GmbH präsentiert auf der Hydrogen + Fuel Cells Europe ihr Brennstoffzellensystem HyModule S4. Es ist für stationäre Anwendungen in Wohnhäusern, kleinen Industriekomplexen sowie als Notstromversorgung und Off-Grid-Stromversorgung gedacht. Das Gerät bietet einen niedrigeren Leistungsbereich von 4,1 kWel und einen Ausgangsspannungsbereich von 28 bis 55 VDC. Der H2-Versorgungsdruck beträgt 1,5 bis 7 bar. Das HyModule S4 verwendet die flüssigkeitsgekühlte BZ-Technologie HyStack 200 von Proton Motor und ist in einer Umgebungstemperatur von 5 bis 40 °C einsetzbar.
Abb. 2: Das BZ-System HyModule S4 für stationäre Anwendungen, Proton Motor, Halle 13, Stand E34
Der Automobilkonzern Honda kommt mit dem Prototyp seines neuen Brennstoffzellenmoduls nach Hannover. Das Modul ist für H2-Pkw, Nutzfahrzeuge, Baumaschinen und stationäre Stromerzeuger konzipiert. Die Brennstoffzelle in kompakten Abmessungen verfügt über eine hohe Ausgangsleistung und eine schnelle Startzeit, selbst in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen. Für die Anwendung in Schwerlast-Nutzfahrzeugen hat Honda bereits gemeinsam mit Isuzu Motors damit begonnen, den Brennstoffzellenantrieb der nächsten Generation zu testen. Ein Prototyp ist schon auf öffentlichen Straßen unterwegs. Die Einführung eines Serienmodells ist für das Jahr 2027 geplant.
Abb. 3: Das BZ-Modul FCS-26 von Honda ist auch als saubere und leise Notstromquelle geeignet, Honda, Halle 13, Stand C56, Foto: Honda
SFC Energy, Hersteller von Wasserstoff- und Methanol-Brennstoffzellen, hat die Leistungsklasse seiner mobilen Lösung efoy H2Genset erweitert. Die mobile Lösung ist als Alternative zu herkömmlichen Dieselgeneratoren gedacht. Sie kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. auf Baustellen, bei Events, auf Festivals und in abgelegenen Standorten mit temporärem Strombedarf.
Abb. 4: Mobiles Brennstoffzellengerät für den Einsatz auf Baustellen oder Festivals, Foto: SFC Energy, SFC Energy, Halle 13, Stand C04
Ballard Power Systems hat in diesem Jahr keine eigene Präsenz auf der Hannover Messe. Das Unternehmen ist jedoch Teil einer kanadischen Delegation, die an einer gemeinsamen Präsentation von über 300 Ausstellern aus 25 Ländern auf dem Gebiet der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie beteiligt ist. Derzeit werden weltweit fast 4.000 Lkw und Busse mit Brennstoffzellen von Ballard betrieben (s. auch S. 61). Die Brennstoffzellen werden auch in mehreren Wasserstoffschiffen, Zügen und Wasserstoffprojekten mit globalen Partnern eingesetzt. Auf der Hannover Messe wird Ballard im kanadischen Pavillon zeitweise mit einem Experten für Brennstoffzellentechnologie vertreten sein.
Ballard Power, Halle 13, Stand D40
Wasserstoffbereitstellung
AEG Power Solutions stattet Wasserstoffanlagen mit Gleichstromversorgungssystemen aus. Die Elektrolyseur-Stromversorgung des Unternehmens soll stabilen Strom und Leistung über einen weiten Spannungsbereich bieten. Sie eignet sich für die Produktion von grünem Wasserstoff mit schwankenden erneuerbaren Energiequellen, da diese Elektrolyseur-Stromrichter eine hohe Gleichstromdynamik und eine hohe Effizienz bei der Netzkonformität auch im Teillastbetrieb bieten. Um den Platzbedarf, die Installationszeit und die Kosten zu reduzieren, bietet AEG Power Solutions skalierbare Plug-&-Play-Lösungen an. Diese Lösungen können bis zu acht DC-3-Module parallel umfassen, die bis zu 16 MW, 1.500 VDC und 25,6 kADC liefern.
Abb. 5: Die Plug & Play-Elektrolyseur-Stromversorgung umfasst bis zu acht DC-3-Module, Foto: AEG Power Solutions, AEG Power Solutions, Halle 13, Stand B45
Das Unternehmen Siqens hat eine elektrochemische Wasserstoffseparations-Technologie (EHS) entwickelt. Anders als bei der Elektrolyse von Wasser will das Unternehmen damit Wasserstoff aus Biogas, Methanol oder Methan gewinnen. Das EHS-Verfahren erlaubt laut Hersteller auch die Separation von Wasserstoff aus natürlichen Vorkommen. Eine weitere Anwendung ist die Abtrennung von Wasserstoff, der über das Erdgasnetz transportiert wird.
Abb. 6: Das EcoCabinet von Siqens. Foto: Siqens, Siqens, Halle 2, Stand A42
Brennstoffzellen- und Elektrolyseurkomponenten
Der neue Befeuchter HumidiPower von Pentair ist für PEM-Brennstoffzellen konzipiert. Er fungiert als Wärme- und Feuchtigkeitsaustauscher. Das Gerät verfügt laut Hersteller über ein patentiertes, spiralförmig gewickeltes Hohlfaserdesign, um eine effiziente Feuchtigkeitsübertragung an Luft und andere Gase zu gewährleisten. Ein geringer Druckabfall soll den Energieverbrauch minimieren. Die Ableitung der Feuchtigkeit aus dem Abgas der Brennstoffzelle dient der Wiederverwendung im Spülgas.
Abb. 7: Der HumidiPower sorgt für ausreichend Feuchtigkeit in der PEM-Brennstoffzelle, Foto: Pentair, Pentair, Halle 13, Stand F46
Parker Hannifin zeigt auf seinem Stand die neuesten Entwicklungen im Bereich der Brennstoffzellentechnologie. An einem interaktiven Tisch können Besucher einen Blick in einen Elektrolyseurbehälter werfen und darin Komponenten von Parker suchen. Neu ist der horizontale Gasfilter Peach Gemini PuraSep. Der Filter enthält zwei Stufen und jeweils zwei Trommeln. Die obere Trommel dient der Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten, während die untere Trommel die Flüssigkeit auffängt. Ein Teil der Feststoffe fließt in die untere Trommel unterhalb der ersten Stufe, aber der größte Teil der Feststoffe sammelt sich auf den Elementen und auf dem Boden des oberen Fasses der ersten Stufe. Ebenfalls neu ist ein Befeuchter für BZ-Fahrzeuge und die H70-08-HRS-Schläuche für H2-Anwendungen.
Abb. 8: An einem interaktiven Tisch können Besucher einen Blick in einen Elektrolyseur-Behälter werfen und darin Komponenten von Parker suchen Foto: Parker Hannifin, Parker Hannifin, Halle 13, Stand C55
Fischer Fuel Cell Compressor aus der Schweiz stellt Luftkompressoren für Brennstoffzellensysteme her. Deren besondere Lagertechnik soll eine hohe Leistung und Effizienz auch dann ermöglichen, wenn das Brennstoffzellensystem in großen Höhen operiert. Daher finden die Kompressoren neben den klassischen BZ-Anwendungen in Fahrzeugen, Zügen, Schiffen oder stationären Einheiten auch in der Luftfahrt ihren Platz. Die Geräte befinden sich nicht nur im Prüfbetrieb, sondern sind im mehrstündigen Flugeinsatz. Das Unternehmen hat zudem seine Produktionskapazität auf jährlich 5.000 Einheiten erweitert.
Abb. 9: Kompressoren von Fischer sind auch für die Luftfahrt geeignet, Foto: Fischer Fuel Cell Compressor, Fischer Fuel Cell Compressor, Halle 13, Stand E46
Auch der dänische Spezialist für BZ-Kompressoren Rotrex präsentiert einen neuen Luftkompressor. Der EK40CT-2429 verfügt über eine zusätzliche Turbinen-/Expander-Ausstattung. Dieser neue Kompressor soll sich für stationäre, maritime und luftfahrttechnische Anwendungen mit großen Brennstoffzellenstapeln mit bis zu 400-kW-Ausgangsleistung eignen.
Abb. 10: Der neue Brennstoffzellenkompressor von Rotrex, Foto: Rotrex, Rotrex, Halle 13, Stand C15
Das Schweizer Unternehmen Celeroton Fuel Cell entwickelt und produziert ultrahochdrehende Turbokompressoren und Antriebssysteme für Brennstoffzellenanwendungen. Alle BZ-Kompressoren von Celeroton sind mit eigens entwickelten Gaslagern ausgestattet, die eine hohe Effizienz, einen ölfreien Betrieb und eine lange Lebensdauer ermöglichen sollen. Mit dem CTi-1100 präsentiert das Unternehmen die zweite Generation des Turbokompressors mit integriertem Inverter für Intralogistik, Range Extender, stationäre Anlagen und Drohnen. Ebenfalls neu ist der CTi-2001 mit integriertem 80-V-Wechselrichter, der für Intralogistik- und Off-Road-Anwendungen gedacht ist.
Zudem baut Celeroton Fuel Cell seine Produktpalette für Anwendungen mit höherer Leistung weiter aus. Der neue Turbokompressor CTE-4000 in Verbindung mit dem Wechselrichter CC-4000 soll die Luftversorgung für Brennstoffzellen mit 100 bis 200 kW Nettoleistung bereitstellen. Das neue System wird mit einem optionalen Turbinenexpander und mehreren aerodynamischen Varianten ausgestattet sein.
Abb. 11: Turbokompressor mit 100 bis 200 kW Nettoleistung, Quelle: Celeroton Fuel Cell, Celeroton, Halle 13, Stand D49
PDC Machines aus den USA produziert Membrankompressionssysteme und Wasserstoffkompressoren. Über das neue Online-Portal MyPDCMachines können Kunden einen digitalen Betriebszwilling ihrer installierten PDC-Anlagen verwalten. Das Portal bietet den Zugriff auf wichtige Informationen wie den Gerätestatus, empfohlene Wartungspläne, Inbetriebnahmeberichte, Servicehistorie, Handbücher und Datenblätter. Zudem ermöglicht es die Bestellung von Ersatzteilen. Neu ist auch eine PDC-Toolbox, die Kunden beim Service und der Wartung von PDC-Kompressoren helfen soll.
Abb. 12: Zugang per QR-Code zum Online-Portal MyPDCMachines, Grafik: PDC Machines, PDC Machines, Halle 13, Stand E50/2
Der Gasanalyse-Spezialist Archigas aus Rüsselsheim präsentiert eine neuartige Messtechnologie zur feuchtigkeitsunabhängigen H2-Detektion. Dazu hat das Unternehmen in gemeinsamer Entwicklungsarbeit mit der Hochschule Rhein-Main das Wärmeleitfähigkeitsmessprinzip technisch neu umgesetzt und mit Halbleitertechnologie kombiniert. Mit unter 30 Millisekunden soll der neue Sensor von Archigas eine besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweisen. Kommt Kondensat in Kontakt mit Sensorik zur Gasanalyse, führt dies meist zu deren sofortiger Zerstörung. Daraus, dass Wasser an den verschiedensten Stellen der H2-Prozesskette auftreten kann, können Sicherheitslücken resultieren und hohe Kosten entstehen. Das spezielle Konstruktionsdesign des Messmoduls soll daher einem Kontakt von Kondensat mit der Sensorik effektiv entgegenwirken.
Abb. 13: Da Wasserstoff hochreaktiv ist, sollte seine Detektion über die ganze Prozesskette in Echtzeit erfolgen, Foto: Archigas, Archigas, Halle 13, Stand C16
Wasserstoffzapfsäulen
In diesem Jahr stellt Maximator Hydrogen seine neueste Generation von Wasserstoffzapfsäulen vor. Der Max Dispenser 1.5 verfügt über ein Multimedia-Display mit Touchfunktion, Mikrofon, Lautsprecher und NFC-Reader zur direkten Bezahlung. Das ermöglicht es den Nutzenden, eine genaue Betankungsanleitung zu erhalten und den Befüllstatus ihres Fahrzeuges zu sehen. Gleichzeitig dient das Display als Schnittstelle zum 24/7-Support, der Anwendern bei Fragen jederzeit zur Verfügung steht.
Dank der eingebauten Neigungserkennung wird der Dispenser bei Gefahrensituationen, wie z. B. beim Aufprall eines Fahrzeugs, in einen sicheren Zustand versetzt. Der H2-Zufluss wird gestoppt, das Entlastungsventil geöffnet und der Dispenser wird stromlos geschaltet. Die Zapfsäule kann Pkw und Schwerlastfahrzeuge mit 700 bar oder 350 bar befüllen.
Abb. 14: Dank der eingebauten Neigungserkennung wird der Dispenser bei Gefahrensituationen in einen sicheren Zustand versetzt> Foto: Maximator Hydrogen, Maximator Hydrogen, Halle 13, Stand C26
Auch Linde stellt auf der Hydrogen + Fuel Cells Europe eine neue Wasserstoffzapfsäule vor. Der HyQ-Dispenser soll eine hohe Leistung bei der H2-Betankung bieten. Darüber hinaus soll er energieeffizient, sehr leise und für Wartungsarbeiten optimiert sein.
Abb. 15: Kartenzahlung an der neuen Linde-Wasserstoffzapfsäule, Foto: Linde, Linde, Halle 13, Stand D55/1
Komponenten für Wasserstoffzapfsäulen
Norgren bietet unter seiner Marke Buschjost jetzt H2-Hochdruck-Magnetventile mit FM-zugelassenen Spulen für den nordamerikanischen Markt an. Damit kann das Unternehmen nun Kunden bedienen, die Wasserstofftankstellen oder Wasserstofflager für Korea, China, Europa oder die USA bauen. Die Ventile sind für einen Druck bis 1.050 bar ausgelegt.
Neu sind auch Sauerstoff-Magnetventile und -Regler, die das Unternehmen speziell nach den Industriegasnormen für Elektrolyseanwendungen entwickelt hat. Zudem bietet das Unternehmen elektrische Hochdruck-Proportionalregler für Wasserstoffzapfsäulen an.
Abb. 16: Hochdruck-Magnetventil mit FM-zugelassenen Spulen für den nordamerikanischen Markt Foto: Norgren, Norgren, Halle 13, Stand E13
Auch Eugen Seitz aus der Schweiz kommt mit einem neuen Magnet-Hochdruckventil für Wasserstoffanwendungen nach Hannover. Das Ventil verfügt über eine integrierte Stellungsanzeige und soll somit eine optimale Systemzustandsinformation gewährleisten.
Abb. 17: Das neue H2-Magnet-Hochdruckventil mit Stellungsanzeige, Grafik: SeitzValve, Eugen Seitz, Halle 13, Stand D50
Bürkert stellt bei seinem Messeauftritt die neue Spulentechnologie Kick and Drop in den Mittelpunkt. Diese Technologie soll in Ventilen bis zu 80 Prozent Energieeinsparung, 45 K geringere Eigenerwärmung und 200 Prozent mehr Schaltdruck im Vergleich zu herkömmlichen Spulen erreichen. Die Kick-and-Drop-Spule ist mit einer Doppelwicklung mit Anzugs- und Haltewicklung ausgestattet. Bei der Kick-and-Drop-Elektronik wird durch einen hohen Stromimpuls die Spule übererregt. Dadurch wird die benötigte Anzugskraft, welche das Ventil zum Öffnen benötigt, erzeugt. Nach rund 500 Millisekunden schaltet die Kick-and-Drop-Elektronik in einen energiesparenden Haltebetrieb. Dabei wird die Leistungsaufnahme drastisch gesenkt.
Abb. 18: Kick-and-Drop-Spule von Bürkert, Foto: Bürkert, Bürkert, Halle 13, Stand C30
Forschung
Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik ist auf der Hydrogen + Fuel Cells Europe mit den Abteilungen für Energiesystemintegration und Elektrochemische Energietechnik vertreten. Das Institut entwickelt elektrochemische Reaktoren auf der Basis von Protonen-Keramiken. Protonen-Keramik-Brennstoffzellen betreibt man bei Temperaturen zwischen 400 und 600 °C. Die Elektrodenkonfiguration trennt die Dampfzufuhr von der Wasserstoffproduktion und verhindert so eine Verdünnung der beiden Ströme. Diese neuartigen Zellen sind vielseitig: Sie können elektrochemisch komprimierten Wasserstoff liefern, sie können die Protonierung von Molekülen wie CO oder CO2 in wertvolle Rohstoffe ermöglichen und sie können gleichzeitig als konventionelle Brennstoffzelle zur Energieversorgung eingesetzt werden.
In dem H2Mare-Teilprojekt PtX-Wind erforscht das DLR die Offshore-Produktion von grünem Wasserstoff und Power-to-X-Produkten. Auf der Messe stellt das Forschungsinstitut dazu die transportable Plattform XPlore vor. Diese dient der Untersuchung verschiedener Elektrolysetechnologien in Koppelung mit unterschiedlichen Synthesetechnologien.
Abb. 19: Die transportable Plattform XPlore dient für Offshore-Tests, Grafik: DLR (basierend auf CAD von TUB-EBMS) DLR, Halle 13, Stand B36
Das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) legt bei seiner diesjährigen Messepräsenz den Schwerpunkt auf die Themen Elektrolyse und Wasserstoffderivate. Das Forschungsinstitut zeigt das Modell eines Ammoniak-Cracking-Reaktors, der in einem 3D-Metalldruck hergestellt wurde. Auch ein maßstäbliches Modell der zugehörigen Cracker-Anlage für mobile Einsätze wird zu sehen sein. Die Anlage wurde für eine Segeljacht konzipiert und inzwischen als Teil eines kompletten Ammoniak-Schiffsantriebs in der Sportjacht Ammonia Sherpa installiert.
Abb. 20: Ammoniak-Cracker-Anlage zum Einsatz auf einer Segeljacht, Grafik: ZBT
Die Elektrolyse-Abteilung der Duisburger präsentiert in Hannover neue edelmetallfreie Membran-Elektrodeneinheiten und stellt Methoden zur Qualitätskontrolle von PEM-Elektrolyseuren vor. Im Bereich der Materialqualifizierung zeigt das ZBT Methoden zur Charakterisierung und Detektion von Schadensphänomenen an Brennstoffzellenkomponenten wie Membran-Elektrodeneinheiten oder Beschichtungen von Bipolarplatten.
ZBT, Halle 13, Stand E40
Das Fraunhofer ISE präsentiert in Hannover eine AEM-Laborelektrolysezelle. Diese ist eine Weiterentwicklung des PEM-Elektrolysezellen-Designs und soll der präzisen Charakterisierung und Qualifizierung verschiedener Komponenten wie Membranen, poröser Transportschichten und Katalysatoren dienen. Dies geschieht bei Drücken bis etwa 10 bar, erhöhten Stromdichten von über 5 A/cm² und unter präziser Temperaturkontrolle durch eine integrierte Heizung. Das Institut bietet zudem Kunden Messdienstleistungen für PEM- und AEM-Elektrolyseure und eine Analyse der Messergebnisse an, um Möglichkeiten zur Verbesserung der Kundenprodukte aufzuzeigen.
Auch ein neues Design von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für die Elektrolyse und mobile Brennstoffzellen, die im Siebdruck- oder Schlitzdüsenverfahren mit kommerziell erhältlichen Materialien hergestellt wurden, ist Teil des Messeauftritts.
Abb. 21: Am Fraunhofer ISE entwickelte AEM-Laborelektrolysezelle (4cm²) zur Vermessung der Katalysatoren unter industrierelevanten Bedingungen und unter Integration von externen Magnetfeldern Foto: Fraunhofer ISE, Halle 13, Stand C41
Auf der diesjährigen Hannover Messe stellt das Fraunhofer IMM auf dem Fraunhofer-Gemeinschafsstand eine kompakte Anlage zur Ammoniakspaltung vor. Diese kann zur dezentralen Bereitstellung von Wasserstoff, etwa für Wasserstofftankstellen, dienen. In maritimen Anwendungen kann eine solche Anlage die Versorgung von Brennstoffzellen mit Wasserstoff oder die Zufuhr von zündfähigem „Spaltgas“ für Schiffsmotoren leisten.
Thema auf der Sonderausstellungsfläche der Hydrogen + Fuel Cells Europe sind Power-to-Gas-Verfahren wie die Methanisierung in kompakten, mikrostrukturierten Reaktoren. Zudem stellt das Fraunhofer IMM Reformersysteme vor, mit denen Wasserstoffträger wie Methanol, Ethanol und synthetische Kohlenwasserstoffe für die wasserstoffbasierte stationäre und mobile Energieversorgung genutzt werden können. Für diese Reformersysteme entwickelt das Institut Katalysatoren und katalytische Beschichtungen für Mikrostrukturen.
Abb. 22: Die auf Ammoniak und Methanol basierten Systeme zur stationären und dezentralen Energieversorgung sind in Halle 2, Stand B24 zu sehen Foto: Fraunhofer IMM, Fraunhofer-Gemeinschafsstand, Halle 2, Stand B24, Fraunhofer IMM, Halle 13, Stand C47/1, Sonderausstellungsfläche
Maschinenbau
Der Sondermaschinenbauer Graebener Maschinentechnik präsentiert eine Presse für die Herstellung von alkalischen Elektrolyseur-Stacks. Der aus Bipolarplatten bestehende, vormontierte Stack wird zunächst in die Maschine eingefahren. Dort wird er auf eine definierte Höhe zusammengedrückt, bis innerhalb des Stacks ein bestimmter Druck erreicht ist. Dieser Druck muss dann unverändert über mehrere Stunden aufrechterhalten werden. In dieser Zeit kann man den Stack mithilfe weiterer Verfahren allen notwendigen technischen Prüfungen unterziehen.
Die Stack-Presse für Elektrolyseure verfügt über eine Kraft von 800 Tonnen und kann Stacks mit einer maximalen Höhe von etwa 3 m, einem maximalen Durchmesser von 1,60 m und einem Gewicht von bis zu 12 Tonnen aufnehmen. Um während des Betriebs Montagearbeiten bei maximaler Sicherheit gewährleisten zu können, wurde bewusst auf einen hydraulischen Antrieb verzichtet. Stattdessen erfolgt das Zusammendrücken des Stacks innerhalb der Presse mit sechs servomotorisch angetriebenen Spindeleinheiten. Diese werden im Gleichlaufverfahren betrieben und sollen damit eine besonders homogene Komprimierung des Stacks ermöglichen.
Abb. 23: Die neue Stack-Presse für Elektrolyseure, Foto: Graebener Maschinentechnik, Graebener Maschinentechnik, Halle 13, Stand E42
Der Laserschweißspezialist AWL-Techniek Holding aus den Niederlanden entwickelt Laserschweißgeräte und komplette Fertigungsstraßen für Bipolarplatten. Die neue Laser-Mikroschweißzelle kann laut Hersteller einen Fokus von 0,052 mm erreichen und damit in Hochgeschwindigkeit schweißen. Damit gelinge das anspruchsvolle Verschweißen der hauchdünnen Bipolarplatten.
Abb. 24: Im Experience Center hat AWL eine Versuchslage aufgebaut, die auch eine automatisierte Qualitätskontrolle der Bipolarplatten ermöglicht Foto: AWL, AWL-Techniek, Halle 13, Stand F49
Das belgische Unternehmen Borit ist auf die Umform-, Schneid-, Schweiß- und Versiegelungstechnologien spezialisiert, die für die Herstellung von Bipolarplatten aus Metall für Brennstoffzellen und Zwischenverbindungen für Elektrolyseure erforderlich sind. Der Trend bei Bipolarplatten geht laut Borit zu immer dünneren Materialien in der Größenordnung von 50 bis 100 Mikrometern, um Gewicht einzusparen. Borit entwickelt die geeigneten Technoligien für solche Materialien.
Abb. 25: Bipolarplatten von Borit, Foto: Borit, Borit, Halle 13, Stand C19
Maceas, eine 100-prozentige Tochter von Worthmann Maschinenbau, fokussiert sich auf die Helium-Dichtheitsprüfung im Vakuum und unter Atmosphäre sowie auf die Ultraschall-Gasblasen-Detektion im Wasserbad. Das Unternehmen ist in den Bereichen Wasserstoff, Elektrolyse, Brennstoffzelle und Batteriekomponenten sowie Wärmespeichertechnologie aktiv. In Hannover zeigt das Unternehmen eine neue vollautomatische Helium-Vakuum-Dichtheitsprüfanlage für metallische und graphitische Bipolarplatten.
Abb. 26: Neue Anlage von Maceas zur Dichtheitsprüfung von Bipolarplatten, Foto: Maceas GmbH, Maceas, Halle 13, Stand E53/1
Katalysatoren und Membranen
Pajarito Powder hat eine neue Produktionsanlage für Katalysatoren in Brennstoffzellen- und Elektrolyseur-Stacks an seinem Hauptsitz in Albuquerque im US-Bundesstaat New Mexico aufgebaut. Das Unternehmen nutzt Platingruppenmetalle in seinen Katalysatoren, um eine hohe Leistung und eine gute Stabilität und Haltbarkeit zu erreichen. Mit der neuen Produktionsanlage hat Pajarito Powder das Produktionsvolumen für BZ-Katalysatormaterial verdreifacht und die hauseigene Fertigung von Katalysatoren für die Herstellung grünen Wasserstoffs verdoppelt.
Abb. 27: Neue Produktionsanlage für wesentlich höhere Kapazität, Grafik: Pajarito Powder, Pajarito Powder, Halle 13, Stand A40
Der chinesische Hersteller Anhui Contango New Energy Technology zeigt in Hannover eine großformatige katalysatorbeschichtete Membran (CCM) auf verschiedenen PEM-Varianten. Die CCM soll eine hohe Stromdichte und einen niedrigen Iridium- und Platinanteil aufweisen. Contango hat vergangenes Jahr etwa 20 MW CCM an große chinesische Wasserelektrolyseure geliefert. Auch für europäische Kunden ist das Produkt laut Anbieter interessant.
Anhui Contango New Energy Technology, Halle 13, Stand A21
Carbon Energy Technology aus China produziert Kompositmembranen. Das neue Produkt des Unternehmens besteht aus einem organischen Polymer, Keramikpulver und einem Trägermaterial. Es gibt die Membranen in den Stärken 200 und 500 µm. Sie dienen der alkalischen Elektrolyse von Wasser, denn sie können effizient Wasserstoff und Sauerstoff trennen und den Elektrolyten passieren lassen.
Carbon Energy, Halle 13, Stand A42
Systemintegratoren, Betreiber und Berater
Die H2Apex mit Hauptsitz in Rostock/Laage stützt sich auf drei Säulen: Das Unternehmen ist als Systemintegrator für schlüsselfertige Wasserstoffprojekte und Mobilitätslösungen aktiv. Zudem produziert das Unternehmen grünen Wasserstoff. Die dritte Säule ist die Entwicklung und Fertigung von Druckgasspeichern zur Zwischenlagerung von Wasserstoff.
Abb. 28: Container mit H2-Druckgasspeichern, Grafik: H2Apex, H2Apex, Halle 13, Stand E49
Bis 2032 soll das Wasserstoffkernnetz in Betrieb gehen. Dazu sollen Erdgasleitungen auf Wasserstoff umgestellt werden und auch neue Wasserstoffleitungen entstehen. Gasnetzbetreiber Ontras bringt sich mit seinem H2-Startnetz in das Projekt ein. Es besteht unter anderem aus den beiden IPCEI-Projekten „Green Octopus Mitteldeutschland“ und „doing hydrogen“. Damit will Ontras den Grundstein für den effizienten und sicheren Wasserstofftransport in seinem Netzgebiet legen. Das ostdeutsche Unternehmen verbindet über seine Infrastruktur die gesamtdeutschen mit den europäischen Netzen – dem European Hydrogen Backbone. Über dieses soll in Skandinavien produzierter Wasserstoff nach Deutschland gelangen.
Abb. 29: Das Ontras-H2-Startnetz besteht aus den Projekten „Green Octopus Mitteldeutschland“ und „doing hydrogen“ Bild: ONTRAS H2-Startnetz, Grafik: Ontras, Ontras, Halle 13, Stand D10
Siemens verfügt über Expertise in der gesamten H2-Wertschöpfungskette. Das Unternehmen stellt diese Expertise OEM-Herstellern, Generalunternehmern, Anlagen-Betreibern, aber auch Regierungen und Kommunen bei der Umsetzung von Wasserstoffprojekten zur Verfügung. Das beginnt bei der Finanzierung und geht über das Konzeptdesign und den Aufbau bis hin zum Betrieb von Wasserstofferzeugungsanlagen und PtX-Projekten. Siemens sieht seine Stärken in den Bereichen Digitalisierung, Automatisierung und Elektrifizierung.
Siemens, Halle 13, Stand C36
Das Beratungsunternehmen PGUB Management Consultants ist in Hannover auf dem Hzwo-Gemeinschaftsstand Sachsen vertreten. PGUB berät den schwedischen Brennstoffzellenhersteller FCT Sweden. Unter dem Namen Protonik GmbH soll ab April ein eigenständiges Wasserstoff-Beratungsunternehmen aktiv werden. Dieses ist ebenfalls auf dem Gemeinschaftsstand Sachsen sowie auf dem Stand der hessischen Landesenergieagentur (LEA) zu finden.
HZwei: Dr. Töpler, wie würden Sie sich und Ihr Tätigkeitsfeld in Bezug auf den Themenkomplex Wasserstoff und Ihre Fachkompetenz beschreiben?
Meine berufliche Beschäftigung mit dem Wasserstoff begann 1977 bei DaimlerBenz mit der Aufgabe, für eine geplante Wasserstoffflotte in Kundenhand die Metall-Hydrid-Speicher zu bauen. Die Flotte war von 1984 bis 1988 in Berlin im Einsatz. 1989 habe ich mit Vorlesungen über „Erneuerbare Energien und Wasserstoff“ an der Hochschule Esslingen meine akademische Lehrtätigkeit begonnen, die bis heute andauert.
Von 2002 bis 2023 war ich im Vorstand/Präsidium des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verbandes (2003-2014 Vorstandsvorsitzender) mit der Aufgabe, den Wassersstoff in Wirtschaft und Politik voranzutreiben.
Zurzeit fokussiere ich mich auf die Bildungsarbeit für den Wasserstoff, zum Beispiel mit dem Aufbau eines berufsbegleitenden Master-Studienganges an der Dresden International University (DIU) und der Technischen Akademie Esslingen.
Wasserstoff wird sehr emotional diskutiert. Auf Erdgas basierend ist dieser schon immer in großen Mengen im täglichen Einsatz. Ich denke da beispielsweise an die Chemieindustrie – aber eben mit CO2-Abdruck. Nun geht es um den regenerativ erzeugten, den grünen, aber auch den gelben (mit Biogas) und die Nutzung von Überschussstrom aus Kohle- und Kernkraftwerken für schwarzen bzw. roten/türkisen Wasserstoff sowie die Vermeidung von CO2-Emissionen (Dekarbonisierung). Wie sieht Ihr Zukunftsszenario aus? Von wo wird der Wasserstoff zu uns kommen? Können wir diesen selbst in ausreichender Menge produzieren, wie mancher Politiker dies so sieht?
Die emotionale Diskussion kommt häufig daher, dass von einem singulären Standpunkt aus argumentiert wird – sei es zum Beispiel von einem Vorurteil bezüglich der Wasserstoff-Sicherheit, dem Energiebedarf bei der Wasserstoff-Produktion oder einem kurzfristigen Profitstreben. Im Sinne der Bedeutung des Wasserstoffs für eine nachhaltige Energieversorgung ist es zielführender, den Wasserstoff in seiner ganzheitlichen Bedeutung zu betrachten. Diese liegt wesentlich in seiner Fähigkeit, sehr große Energiemengen im Bereich von mehreren Terrawattstunden zu speichern und damit die Fluktuationen des Angebotes der erneuerbaren Primärenergien auszugleichen. Das ist das Fundament der Versorgungssicherheit und damit von zentraler volkswirtschaftlicher Bedeutung. Dazu kommt langfristig nur CO2-freier Wasserstoff oder CO2-neutraler Wasserstoff aus Biomasse in Frage. Eventuell ist auch Wasserstoff aus Pyrolyse von organischen Abfällen und Kunststoffen denkbar, wenn das Recycling des Kohlenstoffs und anderer Reststoffe gelingt.
In der Übergangsphase, wenn eventuell noch nicht genügend grüner Wasserstoff zur Verfügung steht, um die Marktpotenziale der Wasserstoff-Technologien schnellstmöglich hochzufahren, wird auch Wasserstoff aus anderen Quellen erforderlich sein; aber bitte nur so viel wie nötig und so wenig wie möglich.
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Die Infrastruktur für den Transport steht auf der einen Seite – Beimischung (Blending) in Gasnetzen. Parallel soll es ausschließlich Wasserstoff transportierende Pipelines geben. Wie sehen Sie da die zukünftige Entwicklung? Auch bezogen auf andere Netze wie die Stromnetze.
Die Zumischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz ist eine erste Möglichkeit, ihn in Netzen zu verteilen. Allerdings ist dieses Verfahren nicht neu. Bereits in früheren Stadtgasnetzen mit Synthesegas war ein H2-Gehalt von circa 50 % üblich. Beispielseise wurde die erste Flotte von Wasserstoff-Fahrzeugen in Kundenhand 1984 bis 1988 in West-Berlin mit Wasserstoff betrieben, der mit einer Reinheit von 5.0 mittels eines dreistufigen PSA-Verfahren (Pressure-Swing-Adsorption) aus dem Berliner Stadtgas gewonnen wurde.
Heute laufen die ersten Versuche der H2-Zumischung im Erdgasnetz mit einem Anteil von bis zu 30 % mit gutem Erfolg inclusive der begleitenden Sicherheitsuntersuchungen zum Beispiel der Zündgrenzen des Gemisches. Eine direkte Nutzung des Gasgemisches ist allerdings nur thermisch möglich. Für eine bessere exergetische Nutzung des Wasserstoffs – zum Beispiel über die Brennstoffzelle – ist eine Abtrennung erforderlich. Daher wird die Zumischung wahrscheinlich nur in einer Übergangsphase stattfinden mit dem Ziel, am Ende ein vollständiges Wasserstoffnetz zu haben.
Zusätzlich zum Bedarf der H2-Speicherung innerhalb Deutschlands ist auch zu berücksichtigen, dass der erforderliche Import erneuerbarer Energien insbesondere bei interkontinentalem Transport nur über den Wasserstoff geht, so dass auch für dessen Verteilung ein H2-Netz erforderlich sein wird.
Wie sehen Sie die Entwicklung in der Elektromobilität bezogen auf den Einsatz der Batterie und der Brennstoffzelle in der Welt und in den verschiedenen Einsatzfeldern? Ergänzen sich beide Varianten oder stehen diese im Wettbewerb? Welche Variante hat für Sie das größte Potential? Worin könnten Hürden liegen, die mancher Entwicklung im Weg steht?
Ich bin überzeugt, dass der Brennstoffzellen-Pkw weltweit kommen wird. Er steht meines Erachtens auch nicht in Konkurrenz zum Batterie-Pkw, sondern beide ergänzen sich. Batterie-Fahrzeuge werden direkt über das elektrische Netz beladen, was bezüglich des Wirkungsgrades der Energiekette optimal ist. Das gilt aber nur, wenn das elektrische Netz ausreichend stabil ist und die Energie nicht mit Wasserstoff zwischenzeitlich gespeichert werden musste (z. B. bei Dunkelflaute). Dann wäre die direkte Nutzung des Wasserstoffs in einem H2/BZ-Fahrzeug sinnvoller. Ein H2/BZ-Fahrzeug bezieht seine Energie immer aus den Speichern und nie direkt aus dem Stromnetz und trägt damit zur Stabilisierung des elektrischen Netzes in Zeiten eines schwachen Primärenergie-Angebotes bei.
Je nach dem Fahrprofil eines Autos und der vorrangig zur Verfügung stehenden Energiequelle (z. Z. PV-Anlage mit Batteriespeicher im eigenen Haus) kann ein Batterie- oder BZ-Fahrzeug Vorteile haben. Auch die Kombination beider Technologien in einem Fahrzeug (Batterie für die täglichen kurzen Strecken – die Brennstoffzelle für die längeren Fahrten) wie beim Daimler GLC kann sinnvoll sein, weil dann Wirkungsgrad und Versorgungssicherheit gut kombinierbar sind.
Die Hürden sind aus meiner Sicht beim Batterie-Fahrzeug die CO2-Emissionen bei der Batterie-Produktion und die noch nicht gelösten Probleme des Recycling und beim H2/BZ-Fahrzeug die noch unzureichende Infrastruktur und Verfügbarkeit des grünen Wasserstoffs.
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Aus China ist zu hören, dass da führende Kfz-Hersteller Prototypen für BZ-Fahrzeuge entwickelt haben. Toyota und Hyundai geben sich technologieoffen und setzen neben der Batterie auf wasserstoffbetriebene Kfz aller Art, vom Pkw (Mirai, Nexo) bis hin zu Bussen und Nfz. Was beziehungsweise welchen Weg würden Sie der deutschen Autoindustrie empfehlen? VW und andere – außer BMW – sehen die Elektromobilität ausschließlich auf die batterieelektrische bezogen. Die Brennstoffzelle und Wasserstoff finden da nicht statt. Wo stehen wir da in 10 bis 20 Jahren – in Deutschland, der EU und in der Welt?
Die Japaner (Toyota, Honda), Koreaner (Hyundai) und auch chinesische Hersteller haben angekündigt, Weltmarktführer in dieser Branche werden zu wollen. Sie fahren ihre Produktionsmöglichkeiten entsprechend hoch. Toyota und Hyundai haben die ersten Fahrzeuge auch auf dem europäischen Markt, Hyundai auch mit einer großen Lkw-Flotte in der Schweiz. Auch Daimler und VW hatten marktreife BZ-Pkw in Kalifornien im Einsatz und Daimler hat 2011 mit der Weltumrundung von drei H2/BZ-Fahrzeugen der B-Klasse die Marktreife demonstriert.
Zurzeit sind die Batterie-Fahrzeuge natürlich weit voraus. Das liegt nach Aussage der Herstellerfirmen daran, dass die strengen Klimaziele wesentlich schneller mit Batterie-Fahrzeugen zu erreichen sind, weil die Fertigungstiefen und damit auch der Personalaufwand deutlich niedriger ist. Hinzu kommt, dass die Batterieentwicklung bezüglich. Betankungsdauer, Zyklisierungsstabilität und Reichweite deutliche Fortschritte gemacht hat.
Bei Lkw, großen Arbeitsfahrzeugen (z. B. Müllsammler) und Bussen werden allerdings die Batterien so schwer oder die Ladezeiten so lang, dass H2/BZ-Antriebe deutliche Vorteile haben. Daher fokussieren die meisten deutschen Hersteller ihre Entwicklungen darauf. Es ist zu hoffen, dass diese Entwicklungen so schnell in den Markt kommen, dass wir unsere Klimaziele noch erreichen.
Wasserstoff in den Wärmemärkten (Gasheizung) wird sehr zurückhaltend betrachtet oder sogar gar von mancher politischer Seite als nicht zielführend beschrieben. Wo sehen Sie da das Potential? Firmen wie Viessmann hatten hierbei große Pläne, Gasheizungen H2-ready zu machen. Wie schätzen Sie die Entwicklung ein – auch in Konkurrenz zur strombasierten Wärmepumpe?
Zunächst einmal müssen wir beim „Wärmemarkt“ unterscheiden zwischen der Hochtemperatur-Wärme für industrielle Prozesse (z. B. für die Glasindustrie) und der Gebäudeheizung. Bei der Hochtemperatur-Wärme sehe ich nur den grünen Wasserstoff als CO2-freie Wärmequelle.
Zur Gebäudeheizung sind in Japan schon einige zig-tausend Brennstoffzellen-Heizgeräte im Markt, die gleichzeitig Strom und Wärme produzieren. Dabei entspricht das Verhältnis der Strom- und Wärmemenge etwa dem Bedarf eines typischen japanischen Haushalts. In Deutschland sind die Wohnungen deutlich größer und damit auch der Wärmebedarf. Folglich müsste bei einem BZ-Heizgerät noch ein zusätzlicher Brenner für den Spitzen-Wärmebedarf eingebaut werden. Das ist sicherlich sub-optimal, da der Exergieinhalt des Wasserstoffs zu schade ist, um diesen nur thermisch zu nutzen. Darüber hinaus sind kleine Anlagen (z. B. für Einfamilienhäuser) relativ teuer. Große Anlagen (Quartierlösungen) sind deutlich rentabler – im Wesentlichen aufgrund von Skalierungs-effekten.
Ob eine Wärmepumpe oder ein BZ-Heizgerät vorzuziehen ist, hängt vom Einzelfall ab und sollte genau geprüft werden, auch im Hinblick auf die Versorgungssicherheit bei der Stromversorgung und die Bedeutung des Wasserstoffs als Energiespeicher.
Wenn Sie der Politik in Deutschland – der Ampel-Regierung, aber auch der nächsten Regierung – Empfehlungen geben würden, was die Energiewende, die Elektromobilität und auch die Wärmemärkte bezogen auf Wasserstoff angeht: Wie würden diese aussehen? Welche Maßnahmen müssten Ihrer Meinung nach getroffen werden? Wie ließe sich der Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft beschleunigen? Ist der amerikanische IRA da Vorbild?
Das sind sehr viele Fragen auf einmal. Zur Strukturierung der Antworten möchte ich von der volkswirtschaftlichen Bedeutung der Versorgungssicherheit ausgehen. Diese wird durch den Wasserstoff und seine Speicherfähigkeit großer Energiemengen (durch Moleküle) gewährleistet. Die erneuerbaren Primärenergien kommen vorrangig durch Elektronen in die Anwendung, und deren direkte Nutzung ermöglicht die besten Wirkungsgrade. Beides wird für eine nationale Energiestrategie gebraucht.
Hinzu kommt, dass für den notwendigen Import erneuerbarer Primärenergie Wasserstoff als Energieträger benötigt wird, insbesondere bei Importen aus Übersee. Wir sind in Deutschland in der glücklichen Situation, dass wir für die „Träger“ der Effizienz (Elektronen) und der Speicherfähigkeit (Moleküle) verfügbare Netze haben. Dabei sind elektrischen Netze noch auszubauen, die Erdgasnetze und Erdgasspeicher – soweit wie möglich auf Wasserstoff umzurüsten und gegebenenfalls neue H2-Speicher noch auszusolen.
Auf dieser Basis sollte eine nationale Energiestrategie der Regierung aufbauen, die die gesamte Wertschöpfungskette umfasst – von der Versorgungssicherheit der Rohstoffe bis hin zum Recycling aller eingesetzten Materialien. Bei der Mehrheit der Politiker, mit denen ich Kontakt hatte, war ich erfreut über den Sachverstand. Nur manchmal haben partei-ideologische Vorbehalte gegenüber dem Wasserstoff die Kommunikation erschwert. Insgesamt ist Deutschland und auch große Teile Europas auf einem guten Weg – nicht zuletzt auch durch die engagierte Arbeit des Nationalen Wasserstoff-Rates (NWR).
Es fehlen zurzeit noch Regelwerke für die Umsetzung der nationalen Wasserstoff-Strategien, so dass die Firmen noch keine ausreichende Planungssicherheit haben oder an kurzfristigen betriebswirtschaftlichen Gewinn festhalten. Es ist zu hoffen, dass mit der Erstellung eines Rechtsrahmens für die Einführung des Wasserstoffs auch die Geschwindigkeit der Umsetzung zunimmt.
Aber: Die ersten Abschnitte des „European Hydrogen Backbone“ werden gebaut, und die Phantasien der all-elektrischen Welt mit der Forderung des Rückbaus der Gasnetze sind Geschichte.
Eine Förderung nach dem amerikanischen IRA-Vorbild halte ich bezüglich der Geldmenge in Deutschland für nicht realisierbar. Aber um zu verhindern, dass erfolgversprechende deutsche Entwicklungen wegen der IRA-Förderungen in die USA verlagert werden, wäre in Deutschland eine Fokussierung auf wirklich wichtige Projekte empfehlenswert. Die „ergebnisoffene“ Förderung war nicht immer zielführend.
Wenn nach einem ausländischen Vorbild für unsere Aktivitäten gesucht wird, fällt mir zuerst Japan ein, wo ein Ministerium für Internationalen Handel und Industrie (MITI) nach anfänglichen umfassenden Voruntersuchungen eine Vorauswahl der zielführenden Optionen erstellt und darauf die weiteren Arbeiten konzentriert und massiv fördert.
Haben Sie Anmerkungen zum Themenkomplex, die unsere Leser interessieren sollten/dürften? Eine Vision? Ein Zukunftsszenario?
Ich habe als Vision oder Zukunftsszenario eigentlich nur das, was vermutlich jede(r) von uns hat: Dass wir es wirklich schaffen, den Klimawandel zu stoppen, damit unsere Erde auch für die kommenden Generationen bewohnbar bleibt.
Vielen Dank!
Zwischenbilanz zur Analyse der Leistungsfähigkeit
Elektromobilität
Brennstoffzellenbusse (BZ-Busse) werden seit rund 20 Jahren erprobt. Mit europäischer Förderung laufen derzeit Demonstrationsprojekte mit rund 300 dieser Fahrzeuge. Die Leistungsfähigkeit der Busse und ihrer Wasserstofftankstellen wird auf der Basis von Betriebsdaten analysiert. Dieser Artikel möchte anhand ausgewählter Indikatoren eine Zwischenbilanz ziehen, inklusive Vergleichen mit den Ergebnissen bereits abgeschlossener Projekte. Insgesamt zeigen die Busse ein positiveres Bild als die Tankstellen.
Im Rahmen der Projekte JIVE und JIVE 2 (2017 bis 2024 bzw. 2018 bis 2025) sind die Busse an 16 Standorten in sechs Ländern im Einsatz (s. Abb. 2). Die örtlichen Flotten umfassen fünf bis 54 BZ-Busse. Zum Einsatz kommen einstöckige 12-m-Solobusse, Doppeldecker (in Großbritannien) sowie an einem Standort straßenbahnähnliche 18-m-Gelenkbusse. Die Wasserstofftankstellen wurden zum Teil aus einem weiteren Projekt namens MEHRLIN gefördert (Projektende: 30. Juni 2023).
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Standorte der Projekte JIVE, JIVE 2 und MEHRLIN (Aberdeen, Auxerre, Barcelona, Birmingham, Bozen, Brighton, Emmen, Gelderland, Groningen, Region Köln, London, Pau, Südholland, Toulouse, Wiesbaden und Wuppertal) sowie Länder mit Beobachter-Regionen. Wegen einer Neuausrichtung beim Busbetreiber ist der Standort Wiesbaden nicht mehr aktiv.
Zu den Aktivitäten im Arbeitspaket „Monitoring and Analysis“ gehören neben dem hier auszugsweise vorgestellten „Performance Assessment“ auch ein Umwelt- und Kostenvergleich zwischen BZ- und Batteriebussen [1] und die Dokumentation von „Best Practice“ [2].
Aus Gründen der Vertraulichkeit wurden die Ergebnisse so aggregiert, dass keine Rückschlüsse auf einzelne Standorte möglich sind, soweit die Informationen nicht ohnehin bereits öffentlich zugänglich sind.
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Stand Mitte 2023 Bis Ende Juni 2023 (Stand der Datenbasis im Folgenden) legten die Busse rund 13 Millionen Kilometer zurück. In über 63.000 Tankvorgängen wurden mehr als 1 Million Kilogramm Wasserstoff abgegeben.
Verfügbarkeit der Brennstoffzellenbusse
Verfügbarkeit der Busse in JIVE/JIVE 2 im Vergleich mit früheren Projekten
Abbildung 3 zeigt einen Vergleich der Verfügbarkeit in den größeren Projekten zur Erprobung von Brennstoffzellenbussen seit 2001. Die Kastengrafiken zeigen jeweils die Maximal- und Minimalwerte, die beiden mittleren Quartile und, als waagrechte Linie innerhalb des Kastens, den Median.
Die BZ-Busse bis 2009 in den Projekten CUTE und HyFLEET:CUTE waren noch nicht hybridisiert, das heißt, es gab keine Batterie zur Unterstützung der Brennstoffzelle und keine Möglichkeit zur Rückgewinnung von Bremsenergie. Da pro Standort stets zwei Monteure der Hersteller anwesend waren, um Probleme zu beheben, war die Verfügbarkeit der Fahrzeuge vergleichsweise hoch.
Kastengrafiken (Box-Plots) sind ein Werkzeug zur aggregierten grafischen Darstellung von Daten, die mehr Information vermitteln können als zum Beispiel Mittelwerte und Standardabweichungen. Der Median ist der zentrale Wert einer auf- oder absteigend sortierten Liste von Daten. Bei Werten von beispielsweise 90 % – 90 % – 85 % – 80 % – 60 % – 40 % – 10 % beträgt der Median 80 %, der Mittelwert dagegen 65 %. Die beiden mittleren Quartile umfassen das Viertel aller Werte über und unter dem Median und sind somit ein Indikator dafür, wie stark die zentrale Hälfte aller Werte um den Median streut.
Ein signifikanter Vergleich ist daher vor allem zwischen dem Projekt CHIC mit der ersten Generation hybridisierter BZ-Busflotten (2010 bis 2016) und JIVE/JIVE 2 (seit 2017/18) möglich. Abbildung 3 zeigt eine deutliche Verbesserung der Bus-Verfügbarkeit in den aktuellen Projekten. Einzelne Standorte erreichen mehr als 99 Prozent, während nicht alle an das Ziel von über 90 Prozent herankommen.
Ausfallzeiten werden zumeist nicht von Komponenten verursacht, die dem Brennstoffzellenantrieb zuzuordnen sind, sondern Auslöser sind häufig konventionelle Bauteile. Längere Ausfallzeiten entstanden zum Beispiel dadurch, dass ein Hersteller unter anderem die Halterungen für die Wasserstofftanks verstärken musste, da die Vibrationen in Bussen ohne Dieselmotor unterschätzt worden waren. Bei einem anderen Fabrikat mussten die Klimaanlagen getauscht werden.
Laufleistung Die Busse haben gezeigt, dass 500 Kilometer pro Tag beziehungsweise ohne Zwischenbetankung zurückgelegt werden können. Geringere Laufleistungen resultieren aus den örtlichen Einsatzbedingungen, also nicht aus Beschränkungen, die sich aus dem Wasserstoff-/Brennstoffzellenantrieb ergeben. Ein Standort setzt die Fahrzeuge zum Beispiel als Vorfeldbusse auf dem Flughafen ein, wo kurze Wege zurückzulegen sind. Insgesamt erfüllen die Fahrzeuge die Erwartungen der Betreiber.
Spezifischer Kraftstoffbedarf
Entwicklung des spezifischen Kraftstoffbedarfs von Projekt zu Projekt. Seit CHIC sind die Antriebe hybridisiert.
Abbildung 4 zeigt, wie sich der Kraftstoffbedarf pro 100 Kilometer Laufleistung entwickelt hat. Von CUTE zu HyFLEET:CUTE wurde zunächst der nicht-hybridisierte Antrieb optimiert. Ein Effizienzsprung ergab sich durch die Hybridisierung im Projekt CHIC. Im Rahmen von JIVE/JIVE 2 werden noch einmal deutlich geringere Werte von bis zu 6,5 kg/100 km erreicht. Damit wird das Projektziel von 9 kg/100 km für Solobusse in der Regel deutlich unterboten, selbst von den Doppeldeckern. Auch die 18-m-Fahrzeuge unterschreiten das Ziel von 14 kg/100 km klar.
Der saisonale Einfluss der Umgebungstemperatur beziehungsweise der Einfluss des Heizenergiebedarfs auf den Kraftstoffverbrauch konnte bespielhaft für zwei Standorte ermittelt werden, deren Fahrzeuge keine Klimaanlage besitzen, die also ohne Energiebedarf für Kühlung im Sommer auskommen. Hier variiert der Kraftstoffverbrauch über das Kalenderjahr um ca. ± 1 bis 2 kg/100 km bzw. ± 15 bis 20 %.
Zwischenfazit Aufgrund der positiven Erfahrungen mit den BZ-Bussen haben sich einige Standorte entschlossen, weitere Fahrzeuge dieses Typs zu beschaffen. Hervorzuheben ist hier der Regionalverkehr Köln, der über die 50 in JIVE beziehungsweise JIVE 2 geförderten Busse hinaus bereits Verträge für bis zu 100 weitere Einheiten geschlossen hat. Andererseits wurde die Erweiterung der Flotte an einem anderen Standort zurückgestellt, weil es erhebliche Probleme mit der Wasserstofftankstelle gab; mehr dazu im Folgenden.
Vertankte Wasserstoffmengen
Vertankte Wasserstoffmengen pro Quartal als Summe aller Standorte
Bis Mitte 2023 wurden an 18 Tankstellen mehr als 1 Million Kilogramm Wasserstoff abgegeben. Die zeitliche Entwicklung ist in Abbildung 5 dargestellt. Die Quartalswerte für 2020 sind gering, da – bedingt durch die Corona-Pandemie – erst wenige Fahrzeuge in Betrieb waren beziehungsweise gingen und die Laufleistungen häufig geringer waren als sonst üblich. 2021 begann ein deutlicher Anstieg, unterbrochen von einem Rückgang im ersten Quartal 2022. Letzterer war bedingt durch:
– Probleme mit den Bussen an mehreren Standorten, insbesondere bedingt durch Nachrüstungen wegen der unerwartet starken Vibrationen
– Probleme an mehreren Tankstellen, die in einigen Fällen den Busbetrieb länger zum Erliegen brachten
– Steigende Energie- bzw. Wasserstoffpreise nach dem Angriff auf die Ukraine, weshalb einige Betreiber den Einsatz ihrer BZ-Busse reduzierten
Seit dem zweiten Quartal 2022 steigen die Werte wieder nahezu stetig, auch bedingt durch die Inbetriebnahme weiterer Busse. Die Tankstellen stoßen in der Regel nicht an ihre Kapazitätsgrenzen: Durch den unerwartet niedrigen spezifischen Kraftstoffbedarf der Busse und die zeitweise geringeren Laufleistungen als geplant sind einige der Tankstellen zeitweise erheblich unterausgelastet.
Verfügbarkeit der Wasserstofftankstellen
Verfügbarkeit der Tankstellen in JIVE/JIVE 2/MEHRLIN im Vergleich mit früheren Projekten
Das Mindestziel für die Verfügbarkeit der Wasserstofftankstellen in JIVE, JIVE 2 und MEHRLIN ist größer 98 Prozent, wobei 99 Prozent angestrebt werden. Dabei bleiben Zeiten der Nichtverfügbarkeit für planmäßige Wartung unberücksichtigt. Abbildung 6 zeigt, dass dieses Mindestziel von weniger als der Hälfte der Standorte erreicht wird (der Median liegt unter 98 %). Im Projekt CHIC waren die Tankstellen durchschnittlich deutlich verfügbarer, bei einem Zielwert von ebenfalls über 98 Prozent.
Die Ursachen für geringe Verfügbarkeiten lassen sich, aus der Perspektive der Betankungseinheit, in zwei Bereiche aufgliedern:
– Externe Gründe bedeuten, dass die Wasserstofferzeugung vor Ort ausgefallen ist oder die Anlieferung von Wasserstoff nicht rechtzeitig erfolgt ist oder beides, so dass keine Betankungen möglich sind. Dies ist an zahlreichen Tankstellen zeitweise eingetreten.
– Interne Gründe bedeuten, dass wegen technischer Probleme keine Betankungen möglich sind. Davon sind alle Tankstellen betroffen, wenn auch in deutlich unterschiedlichem Maße.
Dabei haben sich die wesentlichen Ursachen für Ausfälle von Wasserstofftankstellen für Busse aus internen Gründen in den letzten 20 Jahren kaum verändert. Sie umfassen insbesondere Probleme mit
– Wasserstoffkompressoren
– den Komponenten zur Betankung, insbesondere den Füllkupplungen mit ihren empfindlichen Infrarot-Sensoren zur Datenübertragung vom Bus an die Tankstelle
– der Qualität bzw. Schnelligkeit des Hersteller-Services, d. h. Ausfälle wären teilweise vermeidbar gewesen oder dauern unnötig lange.
Hinzu kommen, nach dem Wechsel zu Typ-4-Tanks auf den meisten Bussen der aktuellen Generation, Herausforderungen bei der Vorkühlung des Wasserstoffs zur Gewährleistung einer hinreichend schnellen und vollständigen Befüllung, bedingt durch Softwareprobleme und fehlende anerkannte Betankungsprotokolle.
Die Partner des JIVE/JIVE 2/MEHRLIN-Konsortiums sehen die Gefahr, dass die breite Einführung von BZ-Bussen an einem Mangel an verlässlicher Betankungsinfrastruktur scheitern könnte.
Zusammenfassung
Die Erprobung der BZ-Busse und Wasserstofftankstellen in den Projekten JIVE, JIVE 2 und MEHRLIN wurde beziehungsweise wird durch eine Reihe externer Faktoren negativ beeinflusst. Dazu gehören die Corona-Pandemie, gestiegene Wasserstoffpreise und Probleme mit der Wasserstoffbelieferung.
Positiv ist festzuhalten, dass einige Standorte sich aufgrund guter Erfahrungen bereits vor Projektabschluss entschieden haben, ihre BZ-Bus-Flotte zu erweitern.
Die Busse zeigen insgesamt eine bessere Leistungsfähigkeit als die Fahrzeuge der Vorgängergeneration, auch wenn bislang nicht an allen Standorten die Zielwerte, wie eine Verfügbarkeit von mindestens 90 Prozent, erreicht werden. Insbesondere ist die in JIVE/JIVE 2 deutlich verbesserte Effizienz der Busse hervorzuheben.
Bei der Verfügbarkeit der Wasserstofftankstellen ist bisher keine generell positive Entwicklung zu erkennen. Ausfälle der Tankstellen wegen interner technischer Probleme haben im Einzelfall zu einem längeren Stillstand der lokalen BZ-Bus-Flotte geführt. Es ist bemerkenswert, dass auch nach rund 20 Jahren Erfahrung mit Tankstellen auf 350-bar-Druckniveau die Probleme mit einigen ihrer Komponenten nicht gelöst werden konnten.
Danksagung
Die Projekte JIVE und JIVE 2 werden von Clean Hydrogen Partnership (vormals Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking) im Rahmen der Zuwendungsvereinbarungen Nr. 735582 bzw. 779563 gefördert. Clean Hydrogen Partnership erhält Unterstützung aus dem Horizon-2020-Programm der Europäischen Union für Forschung und Innovation sowie von Hydrogen Europe und Hydrogen Europe Research. Das Projekt MEHRLIN wurde aus Mitteln der Connecting Europe Facility der Europäischen Union kofinanziert.
Die Ergebnisse wurden erstmals auf der Zero Emission Bus Conference 2023 vorgestellt.
Literatur
[1] A. Zimmerer, S. Eckert und V. Roderer, Environmental Impacts and External Cost Benefits of Fuel Cell Buses. Comparison of Fuel Cell Buses with Battery Electric Buses, 2023. https://fuelcellbuses.eu/publications.
[2] K. Buss, K. Stolzenburg, N. Whitehouse and S. Whitehouse, JIVE Third Best Practice and Commercialisation Report / JIVE 2 Second Best Practice Information Bank Report, 2022. https://fuelcellbuses.eu/publications.
Der Aufbau verschiedener Produktionslinien für Stacks steht bei Ballard Power im Mittelpunkt. Damit kann das Unternehmen in den nächsten Jahren entsprechend dem Hochlauf agieren und liefern. Mit noch knapp 800 Mio. US-$ auf der Bank ist Ballard in der komfortablen Situation, alle Investitionen aus eigener Kraft stemmen zu können. Dass das Unternehmen an der Börse nur mit knapp einer Mrd. US-$ bewertet wird, erscheint angesichts der Perspektiven unverständlich.
Strategisch interessierte Unternehmen könnten und sollten die Chance nutzen und bei Ballard einsteigen, solange die Börsenbewertung so niedrig ist. Ob noch einmal ein Herr Adani anklopft? Oder Automobilzulieferer wie Dana, Tyco oder Magna? Alles möglich. Der einzige Schutz dagegen: deutlich höhere Aktienkurse, also eine Börsenbewertung, die den Zukunftsaussichten entspricht.
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Zahlenwerk hat nur wenig Aussagekraft
Die aktuellen Umsätze werden in den nächsten Jahren dramatisch übertroffen werden, wenn der Hochlauf der BZ-Märkte für Nutzfahrzeuge aller Art, Schiffe und Schienenfahrzeuge beginnt. Insofern sind die Quartalsverluste 2023 und 2024 hohen F&E-Aufwendungen und eben dem Kapazitätsaufbau geschuldet und wenig bis gar nicht aussagekräftig. Was wäre, wenn in einigen Jahren statt der heute noch überschaubaren Einzelaufträge von 50, 100, 200 BZ-Modulen pro Jahr 1.000, 5.000, 10.000 und mehr BZ-Module ausgeliefert würden – und das bezogen auf jeden Einzelmarkt? Dann hat Ballard die nötigen Kapazitäten und kann liefern.
Eröffnung der BZ-Produktion von Still am Standort Hamburg
Der Gabelstaplerhersteller Still (Tochter von Kion, die mehrheitlich zur chinesischen Weichai-Gruppe gehört – die wiederum etwa 15 Prozent an Ballard Power hält) setzt auf die BZ-Stacks von Ballard Power. Am 10. November 2023 fand in Hamburg die feierliche Eröffnung einer ersten Fertigungslinie für 24-Volt-Brennstoffzellensysteme statt. Perspektivisch sollen dort 4.000 BZ-Stapler pro Jahr vom Band laufen.
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7-Mrd.-US-$-Hydrogen-Hub-Plan
Ballard profitiert indirekt massiv vom geplanten Aufbau eines US-weiten Netzwerks von sieben Zentren zur Wasserstoffproduktion (Hydrogen Hubs). Denn die flächendeckende Produktion von grünem Wasserstoff ist die Steilvorlage für viele – und erst recht zukünftige – Ballard-Kunden, in Produkte zu investieren, die Wasserstoff nutzen können: Logistiker, Lkw, Busse, Schiffe, Schienenfahrzeuge und vieles mehr. In sechs der sieben Hubs sieht Ballard für sich und seine Kunden die perfekte Positionierung in Sachen Wasserstoff und Brennstoffzelle.
Forsee Power erweist sich als Glücksgriff
Schaut man sich die aktuellen Zahlen des französischen Batterie-Herstellers Forsee Power an, muss man Ballard ein gutes Händchen bei der Investition – Ballard ist einer der größten Einzelaktionäre – bescheinigen: Ein sattes Umsatzplus von 83 Prozent im dritten Quartal auf 47,9 Mio. Euro. In den ersten neun Monaten betrug das Plus 67,6 Prozent auf 126,6 Mio. Euro. Im Gesamtjahr sollen es 160 Mio. Euro werden, 2024 dann 235 Mio. Euro, und 2028 sind 850 Mio. Euro Umsatz das Ziel.
Die beiden Unternehmen arbeiten perfekt zusammen, denn die Batterien von Forsee kommen unter anderem auch in den BZ-Systemen von Bussen und Ballard-Kunden zum Einsatz. Forsee erscheint mir bei etwa 2,50 Euro pro Aktie ein guter Kauf zu sein, wenn man die Batterie im Portfolio haben möchte und diese als Ergänzung zur Brennstoffzelle sieht.
Solaris ist der perfekte Vorreiter
Der polnische Bushersteller Solaris bestellt kontinuierlich mehr BZ-Module von Ballard, insgesamt allein in diesem Jahr schon 350 – vor kurzem kamen 62 hinzu. Da Ballard verschiedene Bushersteller als Partner für die Brennstoffzelle beliefert, ist Solaris ein sehr gutes Beispiel. Dieser Markt steht erst am Anfang, und Ballard hat als Nummer eins und Frontrunner bereits die Erfahrung von über 100 Mio. gefahrenen Kilometern. Der Newsletter Information Trends sieht den Markt für BZ-Langstreckenbusse generell als einen der am schnellsten wachsenden Wasserstoff-Märkte.
In den nächsten 15 Jahren sollen weltweit über 73,4 Mrd. US-$ in neue BZ-Busse investiert werden. Vorreiter ist China. BZ-Busse werden immer günstiger, auch wenn sie noch teurer sein werden als rein batterieelektrische Busse. Hier überzeugen die Argumente Reichweite und Zeit bzw. Art der Betankung. Parallel dazu wird die H2-Infrastruktur aufgebaut. Man bedenke: Ballard hat mehr als zehn große Bushersteller, die bei der Brennstoffzelle ausschließlich auf Ballard setzen. In China ist Ballard über ein Joint Venture mit Weichai Power auch Lieferant für diverse Bushersteller dort – das ist nur eine von über 30 Plattformpartnerschaften. Aktuell soll es weltweit Ausschreibungen für über 17.000 Busse geben.
Einzelaufträge werden immer größer
Randy MacEwen hat es als CEO schon gesagt: Von Kleinserien erfolgt der Hochlauf auf Großserien. Von Losgrößen von 10 bis 100 geht es jetzt massiv nach oben. Ähnliches gilt für viele andere Märkte: Der Schienenfahrzeughersteller Stadler meldet, dass man auf den Zuschlag für 25 wasserstoffbetriebene Züge warte, nachdem man in Kalifornien bereits einen Festauftrag für vier solcher Züge erhalten habe.
Bei Lkw setzen OEM-Partner wie die deutsche Quantron auf Ballard: Sie liefern unter anderem wasserstoffbetriebene Kleinlaster an Ikea. Die Plattformpartnerschaft mit Ford für den F-Max weckt große Erwartungen: Was würde es bedeuten, wenn Ballard die BZ-Module für über 10.000 Lkw pro Jahr liefern würde? Wichtig ist, dass man wie Ballard Technologieführer und auch lieferfähig (Kapazitäten) ist.
Meine einzige Sorge: Was passiert, wenn ein großer Player im Markt die Situation ausnutzt und Ballard ein Übernahmeangebot macht – so wie damals Cummins mit Hydrogenics? Eine Beteiligung eines strategischen Partners wäre indes ein Kurs-Turbo.
Risikohinweis
Jeder Anleger sollte sich bei der Anlage in Aktien immer seiner eigenen Risikoeinschätzung bewusst sein und auch an eine sinnvolle Risikostreuung denken. Die hier genannten BZ-Unternehmen bzw. Aktien stammen aus dem Bereich der Small- und Mid-Caps, das heißt, es handelt sich nicht um Standardwerte, und auch ihre Volatilität ist deutlich höher. Dieser Bericht stellt keine Kaufempfehlung dar. Alle Informationen basieren auf öffentlich zugänglichen Quellen und stellen hinsichtlich der Bewertung ausschließlich die persönliche Meinung des Autors dar, der seinen Fokus auf eine mittel- bis langfristige Bewertung und nicht auf kurzfristige Gewinne legt. Der Autor kann im Besitz der hier vorgestellten Aktien sein.
Autor: Sven Jösting, verfasst am 15. Dezember 2023
