Hydrogeit

Nukleus einer europäischen H2-Wirtschaft

3. Teil der Regionen-Serie: HyExperts-H2-Region Emsland

Die gesamte Wertschöpfungskette auf regionaler Ebene mit (möglichen) Energiequellen und -senken
© H2-Region Emsland

Die Entwicklung des Emslandes zu einer der führenden Wasserstoffregionen in der Bundesrepublik ist kein Zufallsprodukt. In den regelmäßigen Industriemeetings der regionalen Wirtschaftsakteure stach 2018 ein Anliegen ganz besonders hervor: das Emsland als Pilotregion für die Produktion, Verteilung und Nutzung von grünem Wasserstoff zu etablieren. Unter Leitung des Netzwerkmanagers und Geschäftsstellenleiters der H2-Region Emsland, Dr. Tim Husmann, fasste der gemeinsame Ansatz, getrieben durch den Landkreis Emsland und die Stadt Lingen, auch in der Politik schnell Fuß. Heute gilt die Region wegen ihres Einsatzes von grünem Wasserstoff über die Landkreisgrenzen hinweg als Treiber der Energiewende. 2019 wurde das Gebiet um Lingen als HyExperts-Region ausgewählt. Im Herbst 2020 startete die Wasserstoffregion mit Schwung in die 15-monatige Laufzeit des HyExperts-Projektes H2-Region Emsland und verknüpft damit die industrielle Wasserstoffwirtschaft mit dem Sektor Mobilität.

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Wasserstoff als globale Priorität

Vergleich nationaler Wasserstoffstrategien

Topografische Darstellung weltweiter Verbreitung von Wasserstoffpolitik
Stand: November 2020, © www.weltenergierat.de/international-hydrogen-strategies

Das Jahr 2020 war in vielerlei Hinsicht außergewöhnlich. Den Wasserstoff betreffend war es insbesondere durch ein großes politisches und öffentliches Interesse gekennzeichnet, das als wichtiger Impuls für die neue Marktdynamik verstanden werden kann. Dieser Trend wurde durch die zahlreichen neuen Wasserstoffstrategien, die in den letzten Monaten in einer Vielzahl von Staaten rund um den Globus veröffentlicht wurden, beschleunigt. Mit diesen Strategien bereiten die nationalen Regierungen ihren jeweils eigenen Weg zum Aufbau eines Wasserstoffmarkts vor und versuchen so, möglichst früh entsprechende Wettbewerbsvorteile für sich zu sichern. Auch internationale Kooperationen spielen dabei eine wichtige Rolle.

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Wasserstoff in Mittel- und Osteuropa

Was passiert in Polen, Tschechien, Ungarn, Russland?

Grafik zu verschiedenen Nutzungsarten von Wasserstoff
© PGNiG

In Mittel- und Osteuropa gibt es bereits reichlich Erfahrung im Umgang mit Wasserstoff. Sowohl in der Chemieindustrie als auch in den Raffinerien wird Wasserstoff erzeugt. Polen als wichtigste Volkswirtschaft der Region gehörte 2018 mit 1,3 Mio. Tonnen zu den drei größten H2-Produzenten in der Europäischen Union. Allerdings handelt es sich dabei um Wasserstoff aus fossilen Energiequellen, der bislang kaum in den Handel gelangt. Erste Schritte, diese Industriezweige in eine Wasserstoffwirtschaft einzubeziehen, wurden bereits unternommen.

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Für Wasserstoff beginnt ein neues Zeitalter

Norwegen geht in Richtung „HydroGenewables“

Hydrogen Finnmark, Topografische Darstellung H2-Ziele
© Troms og Finnmark Fylkeskommune, Norwegen. Illustration von: ArcGiraff

Für all diejenigen, die seit Jahren oder Jahrzehnten im Wasserstoffsektor tätig sind, ist dies der Moment, auf den sie immer gewartet haben: Wasserstoff wird in Europas Strategie zur Kohlendioxidreduzierung zu dem zentralen Element, ebenso wie bei der Anwendung im Energie- sowie im Industriesektor. Die gute Nachricht ist, dass Wasserstoff wesentlich dazu beitragen kann, die Klimaziele zu erreichen und Europa bis 2050 klimaneutral zu machen. Wasserstoff gibt es in vielen Farben, aber insbesondere die Herstellung großer Mengen grünen Wasserstoffs wurde als notwendige Maßnahme identifiziert, um Treibhausgasemissionen deutlich zu reduzieren oder sogar zu eliminieren. Dennoch wird in der wichtigen Übergangsphase weiterhin blauer Wasserstoff in der Industrie, hauptsächlich über die Erdgas-Methan-Dampfreformierung (SMR), hergestellt.

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Pyroelektrokatalytische Wasserstofferzeugung

Upgrade zur Nutzung der Abwärme

Abb. 1: Stromerzeugung über den pyroelektrischen Effekt.
Abb.1: (a), (c) Pyroelektrikum im elektrostatischen Gleichgewicht (T_hot>T_cold). Es fließt kein Strom. Eine temperaturinduzierte Polarisationsänderung sowohl beim Aufheizen (b) als auch beim Abkühlen (d) führt zu einem Ladungsaustausch (Strom I=Q/t) zwischen den Metallelektroden (hier in orange)

Das kristallphysikalische Phänomen der Pyroelektrizität ist seit der Antike bekannt. Damals wurde beobachtet, dass ins Feuer geworfene Turmalinkristalle Asche anzogen und wieder abstießen. Ab dem 17. Jahrhundert wurde der Effekt dann genauer quantifiziert. Die erzeugten Ladungen wurden als Folge von Änderungen der kristallographischen Struktur erklärt.

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In den Stapel reinhorchen

Stack-Monitoring liefert wertvolle Informationen

Eine automobiltaugliche Brennstoffzelle mit 95 kW wird getestet, © ZSW

Die Einzelzellspannungen eines Brennstoffzellen-Stapels erlauben tiefe Einblicke in das Innenleben eines Stacks. Ein Monitoring-System ermöglicht es, kritische Betriebszustände rechtzeitig zu entdecken und schnell darauf zu reagieren. Aus diesem Grund werden BZ-Fahrzeuge für gewöhnlich mit einem Überwachungssystem ausgerüstet. Bevor es in die Serienfertigung der Systeme gehen kann, müssen allerdings die Kosten weiter gesenkt werden. Dafür muss auch die Montage stärker automatisiert werden.

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Katalysatoren als chemische Wundermittel

Die wachsende Bedeutung von Nickel, Zinn und Kupfer

Abb. 1: Benötigtes Iridium zur Umsetzung der europäischen Wasserstoffstrategie bis 2030, © Heraeus

Neue Zeiten erfordern neue Mittel – und auch neue Materialien. An die Stelle von mineralölischen Produkten, die in fossilen Zeiten das Geschehen bestimmten, treten im Rahmen der fortschreitenden Elektrifizierung zunehmend chemische Produkte, insbesondere Katalysatoren. Dementsprechend ist nicht nur ein Kampf um seltene Erden, sondern auch um seltene Chemikalien entbrannt. Umso wichtiger sind Forschungsaktivitäten, die Alternativen zu seltenen sowie teuren Substanzen voranbringen. Bereits heute ist absehbar, dass auch günstige Materialien wie Nickel, Zinn oder Kupfer mit bislang unerkannten Eigenschaften solche Alternativen sein können – gute Nachrichten sowohl für die Elektrolyseur-, als auch für die Brennstoffzellenproduktion.

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Auf dem Weg zur Massenproduktion

Wesentliche Fortschritte bei der Entwicklung von Bipolarplatten

Vorbeschichtetes Coil-Material, © Precors GmbH

Die Bipolarplatte (BPP) ist eine der Komponenten, die am häufigsten im Brennstoffzellen-Stack verwendet werden. Ihre Auswahl ist sowohl im Hinblick auf die Funktion als auch auf die Kosten überaus relevant. In den drei Forschungsprojekten InProPlate, PreCoil und BePPel, die über das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NIP II geförderten wurden, konnten neue Fertigungsverfahren und Messmethoden entwickelt werden, die sich insbesondere auf die Wirtschaftlichkeit von BZ positiv auswirken.

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Plug – Steuerliche Bereinigung der Optionsscheine

Nun ist es amtlich: Plug hat die steuerliche Behandlung der Ausgabe von Optionsscheinen für den Bezug von Aktien an Amazon und Walmart über eine steuerliche Erfassung als buchhalterische „non-cash charge“ bilanziell mit 456 Mio. US-$ erfasst, was zu einem Verlust in Höhe von 1,12 US-$ pro Aktie führte. Immerhin haben beide Großkunden über 100 Mio. Optionsrechte eingeräumt bekommen, die ab einem Ausübungspreis von 1,189 US-$ im Tiefst und 13,80 US-$ im Höchst pro Aktie ausgeübt werden können.

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Börse ist keine Einbahnstraße

Eine holprige Fahrt – a bumpy ride – so könnte man die aktuellen Kursavancen der Wasserstoff-Aktien beschreiben. Trotz erheblicher Einbrüche sind diese Schwankungen kein Grund, den Optimismus zu verlieren. Die seit Anfang Dezember 2020 sehr starken Kursausschläge – teilweise mehr als 50 Prozent in nur einem Monat nach oben – bedurften einer Korrektur. Diese ist nun in vollem Gange. Was aber zählt, ist die Zukunft der Branche und da halte ich es mit einer Börsenweisheit: the trend is your friend.

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