Interview mit Thomas Korn, CEO von water stuff & sun
Das Start-up water stuff & sun hat eine neue Technologie entwickelt, die eine sichere und einfache Speicherung von Wasserstoff ermöglichen soll. Kernkomponente ist dabei ein Mikroventilsystem. Ein Druckregler steuert die Wasserstoffabgabe schrittweise von 1.000 bis hinunter zu wenigen bar. Über die Funktionsweise und die Herausforderungen hat HZwei mit Thomas Korn, dem CEO von water stuff & sun, gesprochen.
HZwei: Herr Korn, das Speichern und Betanken von Wasserstoff ist ein anspruchsvolles Thema. Wie lösen Sie das Problem?
Korn: Die Speicherung von Wasserstoff in konventionellen Druckgasspeichern ist heute kompliziert und teuer. Es gibt einen Zielkonflikt zwischen Performance, Sicherheit und Kosten. Wir lösen den Zielkonflikt auf eine überraschende Weise: Anstelle weniger, großer und zylindrischer Behälter sind wir mit unserer Technologie in der Lage, die identische Wasserstoffmenge in vielen, tennisballgroßen, runden Druckbehältern aus Kohlefaser zu speichern. Durch das Mikroventilsystem aus Silizium, das in jeder Druckspeicherkugel verbaut ist, agieren alle identisch und zeitgleich, wie ein großer Tank. Der Aufwand für die Sicherheit von Wasserstoffspeichern kann signifikant reduziert werden, wenn die Energiemenge in vielen kleinen Behältern aufgeteilt ist. So sparen wir im Verhältnis zu einem Standarddrucktank fast die Hälfte des Kohlefasermaterials ein. Diese kugelförmigen Hochdruckspeicher nennen wir Sfeers.
So werden Wasserstoffzellen beliebig skalierbar und in Wasserstoffbatterien flexibler Bauform integriert. Grüner Wasserstoff wird so für eine Vielzahl von mobilen und stationären Anwendungen wie Lkw, Drohnen und Flugzeugen nutzbar. Die nächste Generation dieser Energiespeicher wird im Vergleich zur Lithium-Ionen-Batterie um 95 Prozent leichter und bis zu 30-mal günstiger sein – und das bei gleicher Energiemenge, die transportiert werden kann.
Eine runde Sache: eine Sfeer-Kugel auf der EES-Fachmesse in München
Wie funktioniert die Wasserstoffbatterie?
Wasserstoffbatterien sind Niederdruck-Wasserstoffspeicher, in denen die mit bis zu 1.000 bar befüllten Sfeers integriert sind. Die Gehäuse der Wasserstoffbatterien sind für niedrige Drücke ausgelegt und können somit ideal auf vorhandene Bauräume unterschiedlichster Mobilitätsprodukte angepasst werden. Bei Wasserstoffentnahme sinkt der Druck im Gehäuse der Wasserstoffbatterie ab und aktiviert das Mikroventilsystem aller Sfeers, nachdem ein mechanisch programmierter Umgebungsdruckbereich unterschritten wird. Diese geben nun Wasserstoff frei und stellen zusammen die benötige Energiemenge eines Wasserstoffmotors oder einer Brennstoffzelle bereit.
Der Druck in der Wasserstoffbatterie steigt wieder über den Aktivierungsdrucklevel an, der durch den Fertigungsprozess der mikromechanischen Komponenten festgelegt wird. Nach dem Erreichen des Drucklevels schließen alle Mikroventile. Der Druck in der Batterie bleib konstant oder reduziert sich wieder, falls der Verbraucher weiterhin Wasserstoff entnimmt. Der Aktivierungsdruck ist auf den Versorgungsdruck der Verbraucher eingestellt. Die Wasserstoffbatterie ist quasi ein Niederdruckspeicher, jedoch mit der Kapazität eines Hochdruckspeichers.
Das Konzept erhöht die Sicherheit und reduziert gleichzeitig den Materialaufwand. Nachdem vorhandene Bauräume durch die Freiformfähigkeit ideal genutzt werden, übertreffen Wasserstoffbatterien konventionell Drucktanks hinsichtlich volumetrischer und gravimetrischer Energiespeicherdichte.
Die Mikroventiltechnik kommt aus der Satellitentechnik. Wie werden diese hergestellt?
Satelliten haben einen Gasantrieb, der die Position im Kommunikationsfenster sicherstellt. Aufgrund des wirtschaftlichen Drucks, Satelliten zunehmend kleiner und leichter zu bauen, hat man in der Industrie bereits in frühen Jahren Mikrosystemtechnik zur Steuerung von Gasen zum Einsatz gebracht. Unsere Innovation liegt in der Entwicklung von mikromechanischen Schaltelementen, die keine elektrische Energie zur Steuerung benötigen, sondern passiv durch den Umgebungsdruck gesteuert werden. Wie in der Halbleitertechnik werden hochindustrialisierte Fertigungsprozesse genutzt, die auf großen Silizium-Wafern Tausende identische Bauteile hervorbringen können. Ventile, Gaskanäle und der fünfstufige Druckregler werden in vier Schichten Silizium hergestellt und zusammengefügt. Alle Bauteile des Chips werden in eine Größe von 4 x 4 x 2,5 mm integriert.
Wie sind Sie auf die Idee der kugelförmigen Hochdruckbehälter gekommen?
Die Erfindung der Technologie stammt von Prof. Lars Stenmark, der im Ångström Labaratory der Universität Uppsala Mikrosystemtechnik unterrichtet hat und bereits frühere Erfindungen in der Luft- und Weltraumindustrie zur Anwendung brachte. Als er mir von seiner Erfindung zur Wasserstoffspeicherung erzählte, war ich Feuer und Flamme. Ein physikalischer Wasserstoffspeicher, der zwei vorhandene Technologien kombiniert und den Zielkonflikt zwischen Sicherheit, Kosten und Performance von Wasserstoffspeichern löst – da konnten wir nicht widerstehen und haben im Januar 2017 die Firma water stuff & sun gegründet.
Ein Blick ins Labor zeigt den Testaufbau zur Evaluierung des Mikrochips
Gibt es schon einen Prototyp?
Im Clean Room im Ångström-Labor in Uppsala haben wir bereits Prototypen von Schaltventilen und das Kernelement des Ventilsystems, den Druckregler, hergestellt und getestet. Wir haben ebenfalls einen Sfeers-Protoyp aus Kohlefaser in einem Berstversuch untersucht und unser Simulationsmodell mit den Ergebnissen validiert. Aktuell bauen wir den ersten Systemprototyp einer Wasserstoffbatterie mit drei Sfeer-Zellen auf. Mit dem Prototyp und dessen Einsatz in einer Mikro-Mobility-Anwendung werden wir im ersten Halbjahr 2024 den technischen Reifegrad 5 erreichen. Ab diesem Zeitpunkt beginnen wir mit mehreren Herstellern, Wasserstoffbatterien für spezifische Mobilitätsprodukte zu entwickeln und im nächsten Schritt zu industrialisieren. Das Interesse in der Industrie ist groß. So konnten wir bereits mit einem Flugzeughersteller und dem DLR ein gemeinsames Förderprojekt einreichen. Gemeinsam mit dem Partnerunternehmen Keyou entwickeln wir Wasserstoffbatterien zur Um- und Nachrüstung von Lkw und Bussen. Auch das Interesse eines Minenmaschinenherstellers und eines Lkw-OEM konnten wir bereits erregen.
Nochmals zurück zum Tankvorgang. Sie planen, die Speicher auszutauschen?
Wasserstoffbatterien müssen nicht im Fahrzeug betankt werden, sie werden an Wechselstationen oder bei kleinen Anwendungen auch mit der Hand getauscht. Entsprechend schnell und kosteneffizient kann so die Betankung stattfinden. Die leeren Wasserstoffbatterien werden an zentralen Kompressorstationen wiederbefüllt und zurück an die Wechselstationen gebracht. Das einfache Handling wird durch den niedrigen Betriebsdruck und die begrenzte Menge von H2 im Gehäuse der Wasserstoffbatterie ermöglicht. Im Vergleich zu konventionellen Hochdruck- oder Flüssigwasserstofftankstellen ist der Aufwand und die Komplexität deutlich reduziert, was die Investitions- und Betriebskosten verringert und somit auch den Wasserstoffpreis. Beispielsweise bei schweren Nutzfahrzeugen müssen einige Hundert Liter Kraftsoff-Energieäquivalent mit Wasserstoff komprimiert, gekühlt und transferiert werden. Der Vorgang kann mit der Wasserstoffbatterie mit einem einfachen Tausch innerhalb von wenigen Minuten erledigt werden.
Sie müssen einiges finanzieren. Wie sehen die nächsten Schritte für Ihre Firma aus?
Der Kapitalbedarf ist bei einem Tech-Start-up immer ein Thema, das ist ein kontinuierlicher Prozess. Gerade haben wir eine neue Finanzierungsrunde gestartet, in der unsere bereits investierenden Partner wie die Kapitalgesellschaft der Kreissparkasse Esslingen-Nürtingen, kurz ES Kapital, das Family Office Besto der Unternehmerfamilien Beyer und Stoll oder die Maschinen- und Werkzeugfabrik Nagel Interesse angemeldet haben. Ich würde von relativ bodenständigen Investoren mit regionalem Bezug sprechen, die schon seit einer frühen Phase mit dabei sind. Das frische Geld soll unter anderem in die schon angesprochene Entwicklung eines Prototyps in der mobilen Anwendung fließen. Die Rohstoffe für die Produktion wie Halbleiterchips sind alle erschwinglich. Kohlefaser und Silizium sind gut auf dem Markt zu bekommen. Das ist ein Vorteil bei der weiteren Skalierung. Wenn alles funktioniert, sehen wir bis 2025 die erste unserer Batterien in einem Fahrzeug oder Flugzeug.
Die H2-Batterie soll im Lkw einfach und schnell getauscht werden
Wann und wie wird sich der Markt für Ihre Lösung entwickeln?
Die Transformation der Energiesysteme ist im vollen Gange. Infrastruktur für erdgas- und ölbasierte Kraftstoffe und Brennstoffe wird durch Wasserstoff und flüssige Wasserstoffderivate wie Ammoniak, Methanol oder synthetische Kraftstoffe ersetzt. Der Wettlauf um die Technologieführerschaft und letztendlich Energieführerschaft hat längst begonnen. In China und den USA werden aktuell viele Milliarden Euro in Wasserstofftechnologien und deren Infrastruktur investiert, wir Europäer versuchen mit dem Green Deal dagegenzuhalten. Wasserstoffprojekte schießen wie Pilze aus dem Boden. Für uns hat der Markt bereits begonnen, wir schließen aktuell Kooperationsverträge mit ersten Herstellern von Fahrzeugen und Maschinen.
Wo sehen Sie den ersten Markt, der sich entwickeln könnte?
Wir müssen da mehrgleisig fahren und schauen deshalb auch in die USA und in den arabischen Raum. Das Land, das durch Investition die niedrigsten Wasserstoffpreise ermöglichen kann, wird viele Unternehmen und Investments anziehen. Ich hoffe, dass wir in der EU und in Deutschland mit der Greenhouse Gas Quota ein Instrument erhalten, das wettbewerbsfähig ist.
Sie haben eine Auszeichnung bei den World CleanTech StartUPs Awards, kurz WCSA 2023, gewonnen. Was hat die Jury besonders überzeugt?
Erst einmal ist der Award als Plattform ein sehr interessantes Netzwerk. Der WCSA 2023 wurde unter anderem von ACWA Power in strategischer Partnerschaft mit Dii Desert Energy und dem französischen Institut für Solarenergie CEA-INES ausgeschrieben. Die Jury hat das transformative Potenzial der Wasserstoffbatterie gesehen. Die Innovation könnte eine effiziente und flexible Infrastruktur für H2 aufbauen. Die Stromkosten zur Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energien sind in Dubai sehr gering. Auch deshalb hat uns ACWA nun Ende des Jahres 2023 noch mal eingeladen, unsere Lösung vor Ort zu präsentieren. Das wird sehr spannend.
Im November wurden wir zudem bei den Global EnergyTech Awards gleich zweimal ausgezeichnet: mit dem „Best CleanTech Solution for Energy“ und zusätzlich dem Sonderpreis „Best Stand Out Performer“. Wir waren die einzigen Gewinner aus Deutschland. Das hilft.
Interviewer: Niels Hendrik Petersen
Thomas Korn
Thomas Korn arbeitet bereits seit 1998 an dem Thema Wasserstoff. Der Ingenieur hat unter anderem bei BMW an der Entwicklung der Brennstoffzelle gearbeitet. 2015 war er Mitgründer des Wasserstoff- Start-ups Keyou in München. Das Start-up water stuff & sun wurde 2017 im oberbayerischen Unterschleißheim gegründet. Die junge Firma hat derzeit 15 MitarbeiterInnen sowie eine Zweigstelle in Uppsala, Schweden.
Die Zahl der Brennstoffzellenlieferungen hat sich im Jahr 2022 nur mäßig gegenüber 2021 erhöht, obwohl letzteres ein bemerkenswertes Jahr war: Als die Megawatt-Zahlen von 2021 die von 2020 um mehr als 70 Prozent übertrafen, glaubten wir endlich den erwarteten Aufschwung zu sehen – ganz im Sinne des sogenannten Hockeyschläger-Musters, bei dem der Anstieg erst moderat, dann aber exponentiell verläuft. Doch die Struktur der Branche – und ihre Abhängigkeit von einigen wenigen Akteuren für den Großteil der Lieferungen – führt vielmehr zu einem Wachstum in Schüben.
Der achte Jahresbericht von E4tech über die Brennstoffzellenindustrie zeigt, dass im Jahr 2021 knapp 86.000 Einheiten oder etwas mehr als 2.300 MW ausgeliefert wurden, obwohl die COVID-Pandemie immer noch über den Märkten schwebte. Dieses rasante Wachstum war jedoch größtenteils auf die Aktivitäten der beiden Fahrzeughersteller Hyundai und Toyota zurückzuführen, auf die zusammen über 70 Prozent der Leistung entfielen. Ohne Berücksichtigung dieser beiden Hersteller ging das Wachstum nur langsam, aber sicher weiter.
E4tech ist jetzt Teil von ERM, und das Team recherchiert und schreibt weiterhin seinen Lagebericht. Der neunte Brennstoffzellenindustrie-Überblick (Fuel Cell Industry Review – FCIR) zeigt, dass die Zahl der Auslieferungen im Jahr 2022 ähnlich hoch war wie im Vorjahr – wobei das anhaltende, aber langsame Wachstum weiterhin von Hyundai und Toyota angeführt wurde, die immer noch für mehr als 60 Prozent der MW-Lieferungen verantwortlich waren, sowie von Brennstoffzellenbussen und -lastwagen in China. Wir schätzen, dass im Jahr 2022 fast 89.200 Brennstoffzellen ausgeliefert wurden, was einer Leistung von fast 2.500 MW entspricht.
Analyse nach Regionen
Bei den Fahrzeugen (die mit 85 % aller Lieferungen nach Megawatt bei weitem den größten Anteil ausmachten) war ein Großteil der Nachfrage auf China und Südkorea beschränkt. In China wurden über 4.150 Einheiten für alle Mobilitätsarten ausgeliefert (einschließlich Gabelstapler, die in dem Land langsam in Fahrt kommen), während in Südkorea fast 10.400 Einheiten in Betrieb genommen wurden, vor allem der Nexo von Hyundai. Zusammen mit den 831 Toyota Mirai, die in den japanischen Heimatmarkt geliefert wurden, entfielen auf Asien nun rund 15.600 Einheiten für den Transportmarkt, was 17 Prozent der weltweiten Brennstoffzellenlieferungen entsprach. Aber noch beeindruckender ist, dass rund 1.500 MW (60 %) der gelieferten Leistung auf Asien entfielen.
Hyundai profitiert insbesondere von der 50-prozentigen Subventionierung von Brennstoffzellenfahrzeugen in Südkorea. Südkorea ist jetzt auch der größte Einzelmarkt für große stationäre Anlagen in KWK- und Grundlastbetrieb. Die Lieferungen von stationären Anlagen in das Land stiegen von 147 MW im Jahr 2021 auf 196 MW im Jahr 2022 (8 % der weltweiten MW-Zahl). Diese Zahlen verdeutlichen die Bedeutung Südkoreas für den Absatz von Brennstoffzellen – und darüber hinaus die Schlüsselrolle einer nachhaltigen Politik sowie von Subventionen, die den Brennstoffzellenunternehmen und OEMs helfen, ihr Volumen zu steigern.
Unter Berücksichtigung des Ene-Farm-Programms entfielen auf Asien in allen Märkten (stationär, mobil und tragbar) 60.850 Einheiten (zwei Drittel der weltweiten Lieferungen) und 1.770 MW (71 % der weltweiten Lieferungen). Hinter Asien lag Nordamerika mit etwa 14.550 Brennstoffzellenlieferungen (fast 485 MW oder 19 % der weltweiten Lieferungen in Megawatt), angeführt von Toyota und Bloom Energy, die in die Vereinigten Staaten liefern. Auf Europa entfielen im Jahr 2022 etwa 13.250 Brennstoffzellenlieferungen, gegenüber knapp über 14.000 Einheiten im Jahr 2021.
Der Rückgang der Stückzahlen ist auf das Auslaufen des PACE-Projekts und die unmittelbar bevorstehende Einstellung der KfW-433-Förderung in Deutschland zurückzuführen. In Megawatt stieg die Zahl leicht an, von korrigierten 204 MW im Jahr 2021 auf 228 MW im Jahr 2022, was etwa neun Prozent des Weltmarktes entspricht. Die Lieferungen von Brennstoffzellenfahrzeugen nach Europa sind aufgrund der geringen Subventionen der nationalen Regierungen niedriger als in Asien und den USA.
Analyse nach Anwendungsbereichen
Brennstoffzellen für die Mobilität, vor allem für Autos, dominieren weiterhin die Gesamtzahl. Über alle Mobilitätsarten (einschließlich Gabelstapler) hinweg fielen 2022 85 Prozent der Lieferungen (2.100 MW) in diese Kategorie, 150 MW mehr als 2021. Bei den Einheiten entfielen 35 Prozent der Lieferungen im Jahr 2022 auf die Mobilität, was einen leichten Rückgang gegenüber 2021 bedeutet. Die Botschaft lautet also, dass der Transportsektor wächst, aber auch andere Brennstoffzellenmärkte wachsen.
Der nächstgrößere Beitrag zu den Fahrzeugauslieferungen kommt aus China, wo 2022 ein Rekordwert von 3.789 Einheiten (Busse und Lkw) ausgeliefert wurde. Zusammen steuerten diese schätzungsweise 387 MW zur Gesamtzahl im Jahr 2022 bei.
Während im Jahr 2022 fast 1.000 Brennstoffzellenbusse nach China geliefert wurden, kamen in Europa nur 99 Zulassungen hinzu. Nach Angaben von Calstart wurden 2022 in den USA 82 neue Brennstoffzellenbusse in Betrieb genommen, hauptsächlich in Kalifornien. Außerhalb Chinas waren die Auslieferungen von Brennstoffzellen-Lkw im Jahr 2022 weltweit noch sehr gering. Das könnte sich angesichts der Geschäftspläne von cellcentric, Plastic Omnium, Hyzon und anderen ändern.
Brennstoffzellen für Schiffe und für die Luftfahrt werden weiterhin erforscht, wobei der Schwerpunkt jetzt mehr auf dem Antrieb als auf Bord- (Hotelbetrieb) oder Hilfsenergie liegt. Gabelstapler sind weiterhin eine wichtige Anwendung für Brennstoffzellen, auch wenn 2022 weniger Einheiten ausgeliefert wurden (über 9.650 Einheiten) als 2021 (über 13.400 Einheiten). Primärenergie und Kraft-Wärme-Kopplung machen einen großen Teil der verbleibenden Nachfrage aus – sowohl in Stückzahlen als auch in MW.
Was die Stückzahlen betrifft, so dominiert nach wie vor die Mikro-KWK, wobei Japan mit seinem Ene-Farm-Programm führend ist. Laut ACE wurden im Jahr 2022 42.877 Anlagen installiert, über 3.000 Anlagen mehr als im Vorjahr. Außerhalb Japans und Europas ist die Zahl der ausgelieferten Mikro-KWK-Anlagen vernachlässigbar, was zeigt, wie wichtig die Politik der einzelnen Länder bei der Förderung von Brennstoffzellen ist.
Zusammengenommen trugen Primärenergie und KWK im gesamten Leistungsbereich 364 MW zu den Auslieferungen im Jahr 2022 bei, gegenüber 335 MW im Jahr 2021. Obwohl die Entwickler immer mehr Wert auf Brennstoffzellen zur Netzunterstützung und zur netzunabhängigen Stromversorgung legen, blieb der Absatz von Brennstoffzellen mit 14 MW (für beide Jahre) gedämpft.
Die Lieferungen von tragbaren Brennstoffzellen (einschließlich kleinerer portabler APUs mit einer Leistung von weniger als 20 kW) stiegen von knapp über 6.000 Einheiten im Jahr 2021 auf fast 8.000 Einheiten im Jahr 2022. Diese wurden weltweit geliefert, aber die meisten gingen in die europäischen und nordamerikanischen Industrie- und Verbrauchermärkte.
Auslieferungen nach Brennstoffzellentyp
PEM übertrifft weiterhin die anderen Brennstoffzellentypen bei den Auslieferungen, sowohl in Bezug auf das Volumen als auch auf die MW-Leistung. Von den fast 90.500 Brennstoffzellen, die im Jahr 2022 ausgeliefert wurden, waren über 55.000 PEM. Nach Megawatt verzeichneten PEM-Brennstoffzellen 2.151 MW, was 86 Prozent des gesamten Liefervolumens entspricht.
Die Hochtemperatur-PEM, die im Allgemeinen eher Methanol als Wasserstoff als Brennstoff verwendet, wächst weiter, angeführt von Advent Technologies. Obwohl sie derzeit noch einen Bruchteil aller PEM-Anlagen ausmacht, werden die Auslieferungen angesichts der verbesserten Logistik und der durch den Methanol-Kraftstoff ermöglichten längeren Laufzeiten noch stärker zunehmen. DMFC (Direktmethanol) hatten ein gutes Jahr mit fast 8.000 ausgelieferten Einheiten im Jahr 2022, hauptsächlich von SFC Energy.
SOFC (Solid Oxide) wuchsen auf fast 27.000 Einheiten im Jahr 2022 (hauptsächlich Mikro-KWK, nach Anzahl). Die MW-Zahl stieg von 207 im Jahr 2021 auf 249 im Jahr 2022. Dies ist größtenteils auf den stärkeren Absatz von Bloom Energy zurückzuführen. Die Auslieferungen von PAFC (phosphorsauren Brennstoffzellen) gingen zurück, und während 2022 keine neuen MCFC (Schmelzkarbonat)-Systeme platziert wurden, produziert FuelCell Energy weiterhin erhebliche Mengen an Stacks für die Modernisierung von ausgelieferten Systemen.
Die Auslieferungen von AFC-Systemen (alkalische Systeme) stiegen auf über 100 Einheiten im Jahr 2022 und liegen damit trotz des geringeren Kostenpotenzials sowohl für den Brennstoffzellenstapel als auch für die Wasserstoffreinheit weit hinter den anderen Brennstoffzellentypen zurück.
Zusammenfassung
Das Jahr 2022 war ein gutes Jahr für Brennstoffzellen. Obwohl die Lieferungen in einige wenige Länder von einigen wenigen Hauptlieferanten dominiert werden, beginnen wir endlich, Lieferungen nach Australien und Südamerika zu sehen, was durch das größere Interesse an Wasserstoff im Allgemeinen begünstigt wird. Auch wenn das Interesse hilfreich ist, müssen die Brennstoffzellen noch die Schwelle der hohen Kapitalkosten und (bei wasserstoffbetriebenen Einheiten) die hohen Kraftstoffpreise überwinden. Dies geschieht allmählich durch große Veränderungen in der Zuliefererlandschaft, die IPCEI-Initiative in Europa, erhebliche Kapazitätserweiterungen in der Brennstoffzellenproduktion und den Inflation Reduction Act in den USA.
Aber die Botschaft bleibt weiterhin dieselbe: Es bedarf noch einer nachhaltigen Unterstützung durch die Regierungen, damit Brennstoffzellen die Energiewende voll unterstützen können. Einige Brennstoffzellenunternehmen richten ihre Konzepte und ihr technisches Wissen nun auch auf die Elektrolyse aus, um den Markt, und damit den „Hockeyschläger“, voranzutreiben.
Der ERM-Rückblick, eine Zusammenfassung der Aktivitäten des Jahres sowie eine Analyse der Brennstoffzellenlieferungen nach Region, Typ und Anwendung im Jahresvergleich, ist unter http://FuelCellIndustryReview.com verfügbar. Die Ausgabe 2022 ist zwar verspätet, steht aber kurz bevor. Wir möchten uns bei allen Lieferanten von Brennstoffzellen bedanken, die uns jedes Jahr die Lieferzahlen zur Verfügung stellen, die unsere Analyse untermauern.
Auslieferungen nach MW
Auslieferungen nach Einheiten (in 1.000 Stück)
Autor: Stuart Jones, ERM, London, Großbritannien
David Hart, ERM, Lausanne, Schweiz
Wind, Sonne und jede Menge Know-how – diese Zutaten sollen im Oman künftig intensiv genutzt werden, um grünen Wasserstoff herzustellen. Im Vergleich zu anderen Golfstaaten geht das Sultanat dabei mit großen Schritten voran. Der grüne Wasserstoff soll exportiert, aber auch vor Ort genutzt werden. Erste Projekte laufen an und die Infrastruktur wird ausgebaut. Experten sehen im Oman einen vielversprechenden Partner für die Energiewende in Deutschland.
Die Bagger sind angerollt, aus den provisorisch aufgebauten Büros wird der Sand herausgekehrt: Startschuss für ein Stahlwerk im Industriehafen von Duqm im Golfstaat Oman. Ab 2027 soll hier mit grünem Wasserstoff produziert werden. „Vulcan Green Steel“ nennen die indischen Eigentümer aus der Familie Jindal diesen Geschäftszweig, für den ein eigener Kai zum Verschiffen der Produkte errichtet wird – gleich gegenüber den anderen Hafenkais, von denen aus Container und Fahrzeuge über den Arabischen Golf transportiert werden. Abnehmer für den grünen Stahl sieht Jindal in Europa, etwa in der deutschen Automobilindustrie.
Die Infrastruktur in Duqm (s. Foto auf S. 4) wächst rasant, und das neu entstehende Stahlwerk ist einer der Bausteine für Omans Zukunft, die sich konsequent in Richtung grüner Wasserstoff entwickeln soll. Für den Export werden laut Dr. Firas Al-Abduwani vom omanischen Energieministerium derzeit vorwiegend Ammoniak und Methanol als Transportmittel ins Auge gefasst. Einen Teil des neuen Energieträgers will man aber im Land nutzen. Weitere Teile und Produkte wie „grüner“ Stahl sollen über die Industriehäfen in Sohar, Duqm oder Salalah im Süden Omans verschifft werden, zum Beispiel nach Deutschland.
Zukunftspläne mit besten Voraussetzungen
Experten der Internationalen Energieagentur (IEA) und der Stiftung für Wissenschaft und Politik (s. Infokasten) sehen ideale Voraussetzungen für die Zukunftspläne des Oman: Mehr als 2.000 Kilometer Meeresküste, an denen rund um die Uhr der Wind weht, acht bis mehr als zehn Sonnenstunden pro Tag.
Außerdem gibt es im Land führendes Know-how in der Wasserstoffherstellung, gut ausgebaute Häfen mit strategischen Positionen und Anlagen zum Entsalzen von Meerwasser. Diese arbeiten zumeist mit der Umkehrosmose, um gelöste Stoffe herauszufiltern. Die damit verbundenen Kosten für die Wasserstoffproduktion schätzt Dr. Dawud Ansari von der Forschungsgruppe Globale Fragen der Stiftung Wissenschaft und Politik als gering ein – er spricht von etwa einem Prozent des Kilopreises für Wasserstoff.
Darauf will sich die staatliche Institution Hydrom allerdings noch nicht festlegen. Hydrom erarbeitet seit Herbst 2022 im Oman einen Masterplan für den grünen Wasserstoffsektor und schafft die Voraussetzungen für die Produktion. Derzeit wird auch erörtert, dafür aufbereitetes Abwasser aus der Öl- und Gaswirtschaft zu verwenden.
Der Oman treibt die Entwicklung von grünem Wasserstoff als künftigem Energielieferanten mit Nachdruck voran, um wirtschaftlich nicht mehr überwiegend von den zusehends schwindenden Öl- und Gasreserven abhängig zu sein. Auch sollen die Klimaneutralitätspläne des Landes unterstützt werden, die der regierende Sultan Haitham Bin Tarik in der Oman Vision 2040 festschreibt. Dadurch kann das Sultanat ein aussichtsreicher Kandidat für die Unterstützung der Energiewende in Deutschland werden.
Laut dem Wuppertal Institut, einem Think-Tank für Nachhaltigkeitsforschung, kann 2030 lediglich bis zu einem Sechstel des erwarteten H2-Bedarfs in Deutschland aus heimischer Produktion gedeckt werden. Der überwiegende Teil müsste importiert werden – dafür werden weltweit Partner gesucht.
Pionierarbeit beginnt mit fünf Konsortien vor Ort
Vor diesem Hintergrund bringt sich der Oman in Stellung: Die Strategie von Hydrom sieht vor, dass der Oman ab 2030 jährlich eine Million Tonnen grünen Wasserstoff produziert, bis 2050 sollen es rund 8,5 Millionen Tonnen sein. Bis dahin will der Oman seine CO2-Emissionen vollständig reduzieren und zudem rund 70.000 neue Arbeitsplätze schaffen. Geschätzte Investitionskosten laut Hydrom und dem Energieministerium: rund 150 Mrd. US-Dollar.
Um die ehrgeizigen Ziele zu erreichen, ist jetzt Pionierarbeit gefragt: Es gilt zum Beispiel Unternehmen anzusiedeln, die die entsprechende Technologie entwickeln. Elektrolyseure für industrielle Prozesse, die Sonne, Wind und Wasser nutzen, müssen gebaut werden. Darüber hinaus stehen Pläne für nachhaltig wirksame, wirtschaftliche Businessmodelle aus.
Die ersten fünf internationalen Konsortien haben just von Hydrom den Zuschlag dafür erhalten, auf einer Gesamtfläche von rund 1.500 Quadratkilometern in der Region Duqm grünen Wasserstoff und Ammoniak für den Export sowie den Eigenbedarf zu produzieren. Weitere rund 1.800 Quadratkilometer Land werden derzeit im Süden Omans, in Salalah, über eine zweite öffentliche Ausschreibung zur Verfügung gestellt. Diese Auktion läuft bis April 2024.
Potenzial für deutsche Unternehmen
Deutsche Unternehmen sind bereits an der Entwicklung im Oman beteiligt. Doch die hochfliegenden Pläne des Oman bieten noch viel mehr Potenzial. Das sieht etwa Dr. Abdullah Al-Abri, omanischer Berater bei der Energieagentur IEA, so – und wünscht sich, dass die Zusammenarbeit, die im Sommer 2022 in einer Vereinbarung (Joint Declaration of Interest) mit Deutschland beschlossen wurde, an Fahrt gewinnt.
„Bisher sitzen die potenziellen Abnehmer für grünen Wasserstoff aus Oman noch überwiegend in Japan oder Korea“, meint der Experte. Dr. Ruth Prelicz, Expertin für Wasserstoff und erneuerbare Energiesysteme bei der AHK Oman, betont indes: „Im Sommer 2023 hat das deutsche Energieversorgungsunternehmen SEFE (Securing Energy for Europe GmbH) einen Abnahmevertrag für verflüssigtes Erdgas (LNG) aus dem Oman geschlossen. Dieser Vertrag über LNG-Lieferungen dient dem Aufbau von vertrauensvollen Geschäftsbeziehungen und wird auch als Vorlauf für spätere Lieferungen von grünem Wasserstoff gesehen.“
Alok Bisen, der für den indischen Stahlkonzern Jindal arbeitet, zeigt das Baugebiet für die grüne Stahlproduktion in Duqm
Ruth Prelicz beobachtet die Entwicklung vor Ort: Sie unterstützt die Wasserstoffdiplomatie des Auswärtigen Amtes (H2Diplo) und den Energiedialog des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Oman. Die Fachfrau sieht eine Reihe von Chancen für deutsche Unternehmen, von der Zusammenarbeit mit dem Oman im Bereich grüner Wasserstoff zu profitieren: „Es geht nicht nur um die Abnahme des Endproduktes. Oman ist auch als Markt für deutsche Hightech-Technologie interessant. Siemens Energy und ThyssenKrupp sind als mögliche Lieferanten von Elektrolyseuren in Oman etabliert. Und im Bereich Wasserstofftransport haben die bayrischen Wasserstoffexperten von Hydrogenious sowie von MAN Energy Solutions ihre Technologie im Bereich flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) und Methanol vorgestellt.“
Auch Firmen, die auf Wasserstoffkompressoren, Rohrleitungen oder Messgeräte spezialisiert sind, sind aus ihrer Sicht künftig im Land gefragt. Weitere Chancen für deutsche Unternehmen gebe es in den Bereichen Zertifizierung von grünem Wasserstoff sowie Training und Ausbildung. Hier ist nach Worten der Expertin etwa der TÜV Süd bereits in Oman aktiv.
Stabile Stellung Omans in der Region
Dass sich eine Zusammenarbeit mit dem Sultanat nicht nur aus handelspolitischer Sicht lohnt, betont Dr. Dawud Ansari von der Stiftung Wissenschaft und Politik: Für ihn bringen vertiefte (Energie-)Beziehungen mit dem Sultanat als zentralem Partner Deutschlands in der Region weitere Vorteile: „Deutschland hat ein Interesse darin, Beziehungen mit und Wirtschaft in Oman zu stärken, schließlich bildet das Sultanat einen Eckpfeiler in regionalen Friedensprozessen. Dabei ist Oman selbst sehr stabil und sicher – sowohl hinsichtlich der Handelsbeziehungen als auch innenpolitisch und in Bezug auf seine Nachbarn. Der Jemen-Konflikt und andere regionale Auseinandersetzungen werden dank des diplomatischen Geschicks und der Grenzsicherung Omans nicht auf das Land übergreifen.“
Die Recherche für diesen Text wurde vom Park Inn by Radisson Hotel & Residence Duqm als Unterkunft unterstützt. https://www.radissonhotels.com
Weitere Lektüre: Aktuelle Informationen der staatlichen Institution Hydrom, die einen Masterplan für den grünen Wasserstoffsektor im Oman entwickelt: hydrom.om Vision 2024 des Sultanats Oman: oman2024.om Weitere Auskünfte über den Hafen in Duqm, in dem erste grüne Wasserstoffprojekte im Oman entstehen:https://portofduqm.om
Stiftung Wissenschaft und Politik, Publikationen, Dawud Ansari: Wasserstoff aus Oman für Deutschland und die EU – nicht nur aus energiepolitischer Perspektive sinnvoll. SWP-Aktuell 2023/ 9.3.2023 https://www.swp-berlin.org/publikation/wasserstoff-aus-oman-fuer-deutschland-und-die-eu
Die Internationale Energieagentur (IEA), eine Kooperationsplattform im Bereich der Erforschung, Entwicklung, Markteinführung und Anwendung von Energietechnologien, hat sich zu Omans großem Potenzial für die Produktion von grünem Wasserstoff geäußert: https://www.iea.org, Unterpunkte News / Oman
Die Außenhandelskammer (AHK) Oman unterhält eine Repräsentanz der Deutschen Wirtschaft in Omans Hauptstadt Muscat. Dort geben Sousann El-Faksch und Dr. Ruth Prelicz (ruth.prelicz@ahkoman.com) Auskunft zum Thema grüner Wasserstoff:https://www.ahk.de/oman
Die Thüga und Energie Südbayern (ESB) sowie Energienetze Bayern haben Teile ihres Gasnetzes in einem Testgebiet auf 100 Prozent Wasserstoff umgestellt. Mitte September 2023 wurde die H2-Einspeiseanlage des Forschungsprojekts H2Direkt in Hohenwart im Landkreis Pfaffenhofen in Betrieb genommen. Schon in dieser Heizperiode werden von dort aus zehn Kunden über das umgewidmete Gasnetz für zunächst 18 Monate mit reinem Wasserstoff versorgt.
„Die Umstellung eines Erdgasnetzes auf 100 Prozent Wasserstoff ist mit geringen technischen Umrüstungen machbar und der Betrieb ist sicher“, sagte Bayerns Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger bei der Inbetriebnahme. H2Direkt sei damit eine Blaupause für eine klimafreundliche Energieversorgung.
Die Einspeiseanlage reduziert den Druck des gelieferten Wasserstoffs und speist ihn mit 250 Millibar in den entsprechenden Netzabschnitt ein. Den dafür benötigten grünen Wasserstoff liefert die Westfalen AG in Trailern per Lkw nach Hohenwart.
Das Forschungsinstitut DVGW-EBI hat zuvor grünes Licht für alle im Verteilnetzbereich verbauten Komponenten gegeben. H2-tauglich sind auch alle verbauten Komponenten in den Heizungsräumen der Haushalte, inklusive der ursprünglich vorhandenen volumetrischen Gaszähler, die für die Messrichtigkeit mit Wasserstoff durchaus geeignet sind. Wegen des größeren Volumenstroms von Wasserstoff werden sie trotzdem durch handelsübliche, aber größer ausgelegte Zähler ersetzt.
Die 100 Prozent H2-fähigen Brennwertthermen kommen vom Kooperationspartner Vaillant. Als Teil des Forschungsvorhabens werden zudem Regularien für die Messung von Wasserstoff aufgestellt. Das Messkonzept ist vom Eichamt beziehungsweise Landesamt für Maß und Gewicht (LMG) für den Feldtest freigegeben. H2Direkt ist Teil des TransHyDE-Projekts Sichere Infrastruktur und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. (s. Bericht S. 15)
Am traditionsreichen Kraftwerksstandort Völklingen-Fenne, der in diesem Jahr seinen hundertsten Geburtstag feiert, plant Iqony aktuell die Energieversorgung der Zukunft für die Industrieregion Saarland. Iqony ist eine auf erneuerbare Energien, Wasserstoffprojekte, Energiespeicher, Fernwärmeversorgung und Dekarbonisierungslösungen spezialisierte Konzerntochter der STEAG.
Der Standort ist heute schon ein wichtiger Energieknotenpunkt für das südwestdeutsche Bundesland und die dortige Fernwärmeversorgung. Künftig kommt der „HydroHub Fenne“ hinzu und sorgt dafür, dass der Standort auch zukünftig ein wichtiger Baustein im saarländischen Energiesystem bleibt.
„Wir sehen den Standort aufgrund seiner bestehenden Infrastruktur als ideal geeignet an, um hier eine Wasserstofferzeugung aufzubauen. So können wir über den vorhandenen Netzanschluss hinreichend viel Strom aus erneuerbarer Erzeugung beziehen, um hier verbrauchsnah erneuerbaren Wasserstoff zu erzeugen“, erläutert Dr. Patrick Staudt, der das Thema Wasserstoff bei der Iqony Energies GmbH, einer im Saarland beheimateten Tochtergesellschaft der Iqony, betreut.
Dabei gilt es, die Bestimmungen der Renewable Energy Directive (RED) der Europäischen Union und deren Umsetzung in deutsches Recht zu beachten, damit der in Fenne erzeugte Wasserstoff auch als klimaneutral im Sinne der strengen Kriterien des EU-Rechts einzustufen ist. Damit dies gelingt, steht dem Projekt der unternehmenseigene Handelsbereich von Iqony zur Seite.
Ohne IPCEI-Notifizierung geht’s nicht
Abhängig von der Anzahl der Betriebsstunden wird der HydroHub Fenne künftig etwa 8.200 Tonnen grünen Wasserstoff pro Jahr produzieren. „Derzeit planen wir die Inbetriebnahme der Anlage für 2027 – vorausgesetzt, die letzten Aussagen über den Abschluss der IPCEI-Notifizierung durch die Europäische Union treffen zu“, sagt Patrick Staudt.
IPCEI steht für „Important Project of Common European Interest”. Bereits im Frühjahr 2021 hatte Iqony sich darum beworben, dass ihr saarländisches Wasserstoffprojekt als ein solches anerkannt wird. „Eine Anerkennung unseres Vorhabens als IPCEI ist die Voraussetzung dafür, dass die Bundesregierung uns bei der Investition finanziell fördern darf. Ohne IPCEI-Notifizierung geht das aufgrund des europäischen Wettbewerbs- und Beihilferechts nicht“, macht Dominik Waller, der sich gemeinsam mit Patrick Staudt um die Projektentwicklung kümmert, den Stellenwert der Entscheidung klar.
Tatsächlich sieht es für das Projekt in Fenne gut aus. Eine abschließende Entscheidung in Brüssel wird noch bis Ende 2023 erwartet – mehr als zwei Jahre nach dem ursprünglich geplanten Entscheidungszeitpunkt. „Wenn die Fördererlaubnis der EU vorliegt, wird es anschließend darum gehen, dass die Bundesregierung die konkrete Umsetzung der Förderung vornimmt. Das sollte im ersten Quartal 2024 geschehen sein, so dass wir mit Blick auf den Projektzeitplan noch im Soll liegen“, so Patrick Staudt.
Die öffentliche Förderung des Projekts ist notwendig, weil es bisher noch keinen funktionierenden Markt für Wasserstoff im Allgemeinen und grünen, also erneuerbaren Wasserstoff im Besonderen gibt. Wasserstoff kann der Industrie oder etwa auch dem öffentlichen Personennahverkehr helfen, CO2-Emissionen zu vermeiden. Dabei konkurriert der Wasserstoff allerdings wirtschaftlich mit anderen Energieträgern wie etwa Erdgas. Wirtschaftlich kann der Wasserstoff aktuell noch nicht mithalten, eben weil sich noch kein wettbewerblicher Markt entwickelt hat.
„Wir sehen hier ein klassisches Henne-Ei-Problem: Potenzielle Wasserstofferzeuger warten mit ihrer Investitionsentscheidung auf verbindliche Signale künftiger Abnehmer. Umgekehrt investieren potenzielle Abnehmer nicht in die Umstellung ihrer Prozesse und Anlagentechnik, solange sie keine Gewähr haben, dass in Zukunft der benötigte Wasserstoff in hinreichender Menge zur Verfügung steht. Aus diesem Dilemma kommt man nur heraus, indem die öffentliche Hand über Förderungen für Investitionssicherheit auf beiden Seiten sorgt“, weiß Dominik Waller.
Wie hoch die Förderung für den HydroHub in Fenne ausfällt und wie hoch die Investitionskosten insgesamt sein werden, kann Iqony aus wettbewerblichen Gründen nicht konkret beziffern. Klar sei aber, dass für das Projekt ein niedriger dreistelliger Millionenbetrag veranschlagt werde. „Genaueres lässt sich ohnehin erst sagen, sobald die Ausschreibung für die Anlagentechnik abgeschlossen ist“, so Patrick Staudt. Dies werde jedoch erst der Fall sein, wenn der Förderbescheid vorliege. Hier zeige sich also noch einmal, so Patrick Staudt, wie elementar wichtig der Abschluss des IPCEI-Verfahrens für die weitere Entwicklung des Projekts sei.
Abb. 2: Standortentwicklung
Ausschreibungen auf dem Markt
Eine weitere Auflage, die sich aus den Förderbedingungen für ein als IPCEI anerkanntes Projekt ergibt, ist, dass der erzeugte Wasserstoff nicht einfach so verkauft werden darf. „Wir sind angehalten, unser Produkt im Rahmen von Ausschreibungen auf den Markt zu bringen, so dass alle potenziellen Interessenten eine Chance haben, sich zu beteiligen“, so Dominik Waller. Dabei habe der Standort Fenne das Glück, dass er bereits über einen ausgedienten Gasleitungsanschluss verfüge, der künftig für die Anbindung des HydroHub Fenne an das erst noch entstehende Wasserstofftransportnetz genutzt werden könnte. „Auch deswegen beobachten wir die aktuelle Diskussion über die von der Bundesregierung vorgestellten Planungen für ein Wasserstoffkernnetz sehr aufmerksam – und sehen dabei insbesondere für das Saarland noch Nachbesserungsbedarf“, so Dominik Waller.
Dies gilt ausdrücklich nicht nur für die Andienung des künftigen Elektrolyseurs in Völklingen-Fenne durch den im November 2023 von der FNB Gas e.V. der Bundesnetzagentur vorgelegten Entwurf des Kernnetzes, sondern gerade auch für die bestehenden saarländischen Kraftwerksstandorte von STEAG bzw. Iqony in Bexbach und Quierschied (Kraftwerk Weiher). „An beiden Standorten wollen wir neue, wasserstofffähige Gaskraftwerke errichten – ganz so, wie es die Bundesregierung selbst als Ziel bis 2030 vorgegeben hat, damit wir alte Kohleblöcke abschalten, unsere nationalen Klimaziele erreichen und zugleich weiterhin Versorgungssicherheit auch dann gewährleisten können, wenn Energie aus Wind und Sonne einmal nicht in hinreichendem Maß zur Verfügung steht“, sagt Dr. Andreas Reichel, CEO von STEAG und Iqony.
Reichel ergänzt: „Die dafür notwendige Heranführung des Wasserstoff-Kernnetzes an diese beiden Standorte ist in den laufenden Planungen des Bundes noch nicht vorgesehen. Aber wir sind dankbar für die Zusicherung der saarländischen Landesregierung, sich in Berlin genau dafür einzusetzen.“ Dass dies geschehe, sei die Voraussetzung dafür, dass die Iqony bis 2030 die dort für die Versorgungssicherheit dringend benötigte neue Kraftwerkskapazität errichten könne und die grüne Transformation der Stromerzeugung auch im Saarland gelinge.
Denn mittel- und langfristig sollen diese und andere neue Gaskraftwerke mittels Wasserstoffeinsatz dann auch klimaneutral für gesicherte Energie sorgen. Wenn das H2-Kernnetz in der Planung des Bundes nicht heute in die unmittelbare Nähe der Standorte geführt wird, ist dies schlichtweg unmöglich. Trotz dieser noch offenen Fragen zeigt Iqony sich optimistisch, was die Realisierung seiner Wasserstoff- und Kraftwerksprojekte an der Saar angeht:
„Wir haben die ingenieurfachliche und energiewirtschaftliche Expertise aus mehr als 85 Jahren Erfahrung in Sachen Energie weltweit, wir haben die passenden Standorte und wir haben mit dem Bau und der Inbetriebnahme eines der weltweit modernsten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke im nordrhein-westfälischen Herne Ende 2022 auch unter widrigen Corona-Umständen unter Beweis gestellt, dass wir anspruchsvolle technische Großprojekte ‚in time and budget‘ realisieren können – wenn man uns regulatorisch die Möglichkeit gibt“, so Andreas Reichel.