Japan bekennt sich zum Wasserstoff

GM
„Next Generation Fuel Cell Stack“, © GM

Japan unterstützt nach wie vor uneingeschränkt die Integration von Wasserstoff in den nationalen Energiemix und sucht dafür in Europa und – in geringerem Maße auch in den USA – nach Unterstützung bei Entwicklungsaktivitäten sowie nach neuen Märkten. Dort ansässige Heizgerätehersteller haben bereits europäische Partner gefunden und können dadurch an FCH-JU-Fördergeldern teilhaben.

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120.000 Brennstoffzellen-Heizgeräte bei Ene-Farm

Nedo-web
Japan war schon auf der Hannover Messe 2008 mit zahlreichen BZ-Heizgeräten vertreten.

Japans Ene-Farm-Programm ist wahrscheinlich weltweit das erfolgreichste Kommerzialisierungsprogramm für Brennstoffzellen. Ene-Farm hat zur Verbreitung von weit über 120.000 Brennstoffzellenheizgeräten in Japan beigetragen und beweist damit, dass langfristig angelegte Public Private Partnerships durchaus neue Technologien in den Markt bringen können.

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Brennstoffzellen-Branche blickt nach Japan

Andy Fuch, Toyota; Werner Diwald, Enertrag; Andre Martin, DWV; Walter Bornscheuer, Viessmann; Andreas Ziolek, DWV (v.l., Foto: DWV, Frederic Schweizer)

Japan und Deutschland wollen zukünftig im Bereich der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie enger zusammenarbeiten. Dies bekräftigten die beim parlamentarischen Abend am 12. März 2013 in der japanischen Botschaft erschienenen Industrie- und Verbandsvertreter sowie der Botschafter von Japan in der Bundesrepublik, Takeshi Nakane. Dieser erklärte zwei Jahre nach dem Unglück in Fukushima, Japan plane, „die Abhängigkeit von Atomkraft so weit wie möglich zu senken“. Wasserstoff spiele dabei als sauberer, CO2-freier Energieträger eine wichtige Rolle.

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Die grünen Technologien müssen raus aus der Weltverbesserungsecke

Gastkommentar von Matthias Putzke

Ein Jahr nach Fukushima ist die Energiewende nicht vorangekommen gekommen. Dabei ist sie wichtiger denn je. Die Geschichte hat gezeigt, dass ein einziger Atomunfall ganze Landstriche für lange Zeit unbewohnbar macht. Ursprünglich war der Kernenergie der Platz als Brückentechnolgie zugedacht auf dem Weg zum Zeitalter der erneuerbaren Energien.

Durch die eingeläutete Energiewende sind die Karten neu gemischt. Um die ambitionierten Klimaziele der Bundesrepublik zu erreichen wird nun immer klarer: Energieeffizienz wird die eigentliche Brückentechnologie, während die Gewinnung von erneuerbaren Energien weiter ausgebaut wird.

Doch damit das gelingt, muss die zentrale Frage beantwortet werden: Warum will er nicht anspringen, der Energieeffizienzmotor? Alles ist im Prinzip vorhanden: marktreife Technologien, gesetzliche Rahmenbedingungen, Fördermittel, Finanzierungsmodelle. Einzig der Unternehmer ziert sich, so scheint es.

Tatsächlich verhält er sich, wie er es immer getan hat: wie ein guter Kaufmann. Die Ressource Kapital ist bekanntlich knapp im Firmen. Der Unternehmer muss die Liquidität optimal einsetzen, um sich zu erneuern und Marktanteile zu gewinnen. Dabei muss er selbstverständlich auch aufs Sparen achten. Warum nicht auch bei der Energie, der oftmals noch einzigen verbliebenen Stellschraube im Unternehmen? Im Prinzip wäre er sogar dazu bereit, die Firmen-Energiebilanz beleuchten zu lassen, wäre da nicht das Dilemma mit dem knappen Geld. Ein Unternehmer, der vor die Wahl gestellt wird, investiere ich in eine neue Maschine, die meinem Betrieb mehr Umsatz bringt oder in eine Energieeffizienztechnologie, mit der ich mehr Einsparungen erziele, wird sich immer für die Erweiterungsinvestitionen entscheiden. Günstige Rechnungen über Lebenszykluskosten, interner Zinsfuß, hohe Renditen fallen dem Diktat des Unternehmenszweckes zum Opfer.

Dafür den Staat verantwortlich zu machen, ist zu kurzsichtig gedacht. Zwar schreit die Branche ständig nach einer einheitlichen Energieeffizienzstrategie, um Planungssicherheit zu erzielen. Jedoch erkennt man bei genauerem hinsehen, dass es durchaus eine Vielzahl interessanter Instrumente gibt. So fördert die KfW zum Beispiel unabhängige Energieeffizienzberatungen mit bis zu 80 Prozent. Das ist das wohl am höchsten subventionierte Programm der Bundesregierung. Darüber hinaus werden den Unternehmen zinsgünstige Kredite angeboten und Einzelmaßnahmen, wie besondere Förderung in KWK (Kraftwärmekopplung).

Jedoch liegen die durchschnittlichen Amortisationszeiten zwischen fünf bis acht Jahren, in Abhängigkeit von der jeweiligen Technologie und den Rahmenbedingungen im Unternehmen. Viel zu lange, sagen die Unternehmen. In maximal 2 Jahren müssen sich diese Investitionen amortisiert haben.

Für Investitionen in Energieeffizienz steht weniger Liquidität zur Verfügung, und sie müssen sich schneller amortisieren als Erweiterungsinvestitionen. Die Schmerzgrenze im Markt scheint sich zwischen drei bis fünf Jahren einzupendeln. Genau hier muss der Hebel angesetzt werden. Und da können wir aus der Historie lernen. Nehmen wir das erfolgreiche Programm des Aufschwung Ost: Sonder AFA 50. Diese diente dem Ziel, den Gebäudebestand in den Neuen Bundesländern zu modernisieren, dies schneller zu erreichen und mehr Liquidität zu absorbieren. Wunderbar hat dies funktioniert.

Das gleiche Prinzip könnte auch im Bereich Energieeffizienz gelten: Werden dem Unternehmen zweckgebundene Steuererleichterungen beziehungsweise Sonderabschreibungen für Investitionen in Energieeffizienz geboten, günstigstenfalls flankiert mit zinsgünstigen Krediten, sinken die Amortisationszeiten erheblich. Der Break-even wäre schneller erreicht und der Cashflow steigt. Und noch weiter gedacht: Sollten die erzielten Einsparungen vom gesamtunternehmerischen Cashflow abgekoppelt und wieder in Energieeffizienz re-investiert werden, könnte der steuerliche Anreiz weiter zunehmen. Somit würde sich die permanente Energiereduktion selber tragen, und es wäre möglich, dies solange fortzusetzen, bis das Unternehmen Klimaneutralität erreicht hat. Zwar mit Anschub, aber aus eigener Kraft. Das fühlt sich für einen Firmenchef, insbesondere für den jetzigen Typus des unternehmerischen Entscheiders, besser an als die Botschaft, das morgen die Welt untergeht, wenn er nicht endlich umdenkt.

Jedoch ist das Ganze vor allem ein langfristig angelegtes Zukunftsunterfangen, das vielleicht erst in der nächsten Unternehmergeneration automatisiert läuft. Daher gilt es, die „Chefs von morgen“ auf die Thematik vorzubereiten. Wahrscheinlich wird die Generation Facebook nachhaltigere Überlegungen in Ihre Entscheidungen einbeziehen als nur Rendite und Amortisationszeiten. Somit ist es wichtig, das Thema Energieeffizienz frühzeitig in Lern- und Ausbildungskonzepte einzubinden. Eine jede Ausbildung, zumindest jene für energieintensive Berufe, sei es Koch oder Maschinist, sollte ein Fach Energie einführen. Und das nicht nur fakultativ. Das ist von heute auf morgen nicht erreichbar, sondern in der Tat eine Generationsfrage. Solange jedoch Kinder denken, der Strom kommt aus der Steckdose, gibt es hier noch viel zu tun.

Bliebe zum Schluss noch die Kampagne. Das, was Solar und nun die Elektromobilität geschafft haben, muss auch der Energieeffizienz gelingen. Sie muss sexy und begehrenswert werden. Klar, Effizienz klingt nicht gut. Darin schwingt das Wort sparen mit. „Den Gürtel enger schnallen“ will niemand, wenn es nicht wirklich nötig ist. Daher gilt es, dies umzudrehen. Positive Botschaften müssen animieren mitzumachen: Wer sich beispielsweise der Energiepiraterie entsagt und Strom sowie Gas nicht verschwendet, ein Stück die Welt rettet, und dass dies auch noch Spaß macht. Es ist an der Zeit, den effizienten grünen Technologien den Weg freizuräumen, um sie aus der Weltverbesserungsecke rauszuholen. Ich bin mir sicher, dass sich in der Kreativwirtschaft jemand dafür finden wird. Wenn es uns gelingen soll, Energieeffizienz – oder nehmen wir gleich das schönere Wort Energieproduktivität –, in den Köpfen zu verankern, muss es uns gelingen, daraus einen Mainstream zu machen. Photovoltaik hat es vorgemacht, Elektromobilität ist auf dem richtigen Weg, Energieeffizienz kann es schaffen. Nicht nur zum Wohle der Menschen in Fukushima, sondern zu unser aller Wohl.

Der Autor ist Geschäftsführer des Energieberatungsunternehmen erío energy consulting, Berlin.

NOW stellt den Entwicklungsplan 3.0 vor

Eine Zusage für ein Markteinführungsprogramm nach 2016, gleichzeitig aber auch Kritik an mangelhafter Öffentlichkeitsarbeit und einen neuen Entwicklungsplan – das gab es alles auf der Vollversammlung des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP), die am 7. und 8. November 2011 in Berlin stattgefunden hat. Außerdem berichteten alle Zuwendungsempfänger über den Stand ihrer jeweiligen Projekte, die mit 500 Mio. Euro vom Bundesverkehrsministerium und mit 200 Mio. Euro vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert werden.

Rund 320 Teilnehmer sind an den zwei Tagen ins Estrel-Hotel in die Bundeshauptstadt gekommen. Die Begrüßung übernahm Prof. Werner Tillmetz, Vorsitzender des NOW-Beirats. Er begann in einem Rundumblick im Jahr 2004, als das damalige Brennstoffzellen-Bündnis Deutschland sein erstes Strategiepapier vorstellte. Tillmetz, der auch Vorstandsmitglied beim Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) ist, hob zudem die Bedeutung der damaligen Arbeiten insbesondere von Nilgün Parker vom Bundesverkehrsministerium hervor, die entscheidend dazu beigetragen hat, dass die Brennstoffzelle während der Koalitionsverhandlungen mit berücksichtigt wurde und dass die 500 Mio. Euro Fördergelder im Bundeshaushalt eingeplant wurden. Nur infolge dieser Vorarbeiten konnte im Jahr 2006 das NIP-Strategiepapier (Entwicklungsplan 1.0) vorgestellt und das auf zehn Jahre ausgelegte Innovationsprogramm im Jahr 2007 gestartet werden.

Tillmetz stellte weiterhin fest, dass „Wasserstoff nach Fukushima etabliert ist. Da hat sich massiv was getan.“ Als Beleg dafür verwies er nach Japan, wo mittlerweile 30.000 Brennstoffzellenheizgeräte installiert sind, und fügte erfreut hinzu, dass auch im deutschen Bundestag fleißig über das Thema diskutiert werde. Außerdem konstatierte er: „Die Brennstoffzellenautos sind reif, die Serienvorbereitung ist gestartet.“ Stolz hielt er daraufhin die aktualisierte Version des NIP-Strategiepapiers hoch: den neu erstellten Entwicklungsplan 3.0.

Auch Rainer Bomba, der Staatssekretär des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, zeigte sich ebenfalls erfreut über die Rückbesinnung auf das Thema Wasserstoff und sagte: „Die Energiewende verleiht dem Wasserstoff wieder Flügel. […] Die Brennstoffzelle ist soweit, dass sie einsatzfähig ist.“ Bomba sprach in seinem Grußwort aber auch offen an, dass die Bevölkerung zu wenig Bescheid wisse. Er mahnte: „Die Brennstoffzelle ist kein Selbstläufer.“ Kritisch stelle er weiterhin fest: „Sie wurde bisher zu schlecht vermarktet. Eine wesentlich intensivere Öffentlichkeitsarbeit und wesentlich mehr Produkte sind notwendig. Ich möchte daher alle aufrufen, Produkte auf den Markt zu bringen.“

Außerdem nannte er es „ausgesprochen wichtig, dass wir uns heute schon Gedanken machen, wie es nach 2016 weitergeht.“ Bomba forderte deswegen vehement dazu auf, gemeinsam mit der NOW nach geeigneten Wegen für ein Anschlussprogramm zu suchen, „ansonsten entsteht eine Lücke.“ Abschließend rief er allen Anwesenden zu: „Ich kann Ihnen versichern, dass die Bundesregierung voll und ganz hinter Ihnen steht.“ Gegenüber der Presse ließ er sich dann sogar noch zu zwei Statements hinreißen: „Die Brennstoffzellen ist einfach gigantisch!“ […] „Wir machen nach 2016 weiter.“

Dr. Klaus Bonhoff, der mittlerweile alleinige Geschäftsführer der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW), stimmte der Analyse seines Vorredners unumwunden zu, indem er feststellte: „Die Sichtbarkeit ist in der Tat zu gering.“ Gegenüber der HZwei-Redaktion stellte er fest: „Wir haben in der Öffentlichkeit eine enttäuschte Erwartungshaltung. Wir wissen aber heute, dass die technischen Probleme gelöst sind.“ Er forderte daher ebenfalls mehr Öffentlichkeitsarbeit und erklärte, frühzeitig die Arbeiten an einem Anschlussprogramm aufzunehmen, um „Kontinuität zu erzeugen“. Wie Bonhoff berichtete, habe er sich bereits intensiv mit der Entwicklung in der Windkraftbranche beschäftigt, um daraus zu lernen. So habe beispielsweise die Finanzwirtschaft erst 1996 mit dem Einspeisegesetzt Interesse an dieser Technologie bekommen. Im Hinblick darauf erklärte er: „Hier besteht eine ganz spannende Analogie, die wir uns ansehen müssen.“ Weiterhin sagte er, es müsse auch in der H2- und BZ-Branche über entsprechende Investitionsmodelle mit Risikobegrenzung nachgedacht werden.

Darüber hinaus lieferte Bonhoff einen aktuellen Bericht über den Stand der Umsetzung nach fünf Jahren Programmlaufzeit. So legte er dar, dass seit der Gründung der NOW im Jahr 2008 insgesamt 393 Mio. Euro der Fördermittel in 414 konkreten Einzelprojekten beziehungsweise 184 Vorhaben gebunden wurden. Über die Hälfte davon entfiel auf den mobilen Sektor, jeweils 14 % auf die Bereiche Hausenergie und spezielle Märkte.


Wasserstoff-Explosionen im japanischen Atomkraftwerk

In dem Atomkraftwerk Fukushima I in Japan ist es dieser Tage wiederholt zu Wasserstoffexplosionen gekommen; in Block 1 am 12. März, in Block 3 am 14. März und in Block 2 am 15. März 2011. Wie tagesschau.de vermeldete gilt es inzwischen als sicher, dass in mindestens einem der insgesamt sechs Siedewasserreaktoren eine Teil-Kernschmelze erfolgt ist. Wie es genau zur Entstehung von Wasserstoff gekommen ist, ist indes noch unklar. Normalerweise ist in derartigen Reaktoren kein Wasserstoff vorhanden – weder gasförmig noch flüssig. Das Gas entsteht erst bei vergleichsweise hohen Temperaturen.

Der Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV) geht davon aus, dass die Hüllen der Brennstäbe, die den Kernbrennstoff zusammenhalten, indirekt als H2-Quelle herhalten müssen. Diese Hüllen bestehen hauptsächlich aus Zirkonium, einem Metall, das bei etwa 1.000 °C beginnt zu oxidieren. „Da es aber rund um den Reaktorkern keinen freien Sauerstoff gibt, reagiert das Metall mit dem Wasserdampf und entzieht diesem den Sauerstoff. Nimmt man dem Wasser den Sauerstoff weg, bleibt Wasserstoff übrig.“ (Zitat: DWV-Meldung vom 16.03.2011)

Eine andere Möglichkeit, wie sich Wasserstoff bilden könnte, wäre die Thermolyse von Wasser (Spaltung/Dissoziation durch hohe Temperaturen). Die thermische Dissoziation bezeichnet den Zerfall von Molekülen – in diesem Fall das H2O-Molekül – durch Wärmeeinwirkung in seine einzelnen Bestandteile (H2 & O2). Oberhalb einer Temperatur von etwa 4.000 °C vollzieht sich eine direkte Spaltung von Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Temperaturen werden in einem Reaktor jedoch nicht erreicht. Bei der Anwesenheit spezieller Reaktionspartner (z.B. Jod, Schwefeldioxid) kann die erforderliche Mindesttemperatur jedoch auf 1.000 bis 1.700 °C gedrückt werden. Hierbei würde auch Sauerstoff freigesetzt werden.

Unabhängig davon, auf welchen chemischen Pfaden genau der Wasserstoff bei diesem Unglück erzeugt wurde, steht fest, dass er das Ergebnis einer unbeabsichtigten Reaktorüberhitzung ist. Nachdem das Wasserstoffgas wie auch immer gebildet wurde, stieg es aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit und seines niedrigen Eigengewichts rasch nach oben. Es konnte somit über geeignete Ventile oben aus dem Stahlbehälter abgelassen werden. Diese Freisetzung schien notwendig geworden zu sein, um einen Überdruck im Reaktorbehälter zu verhindern.

Wie den bisherigen Meldungen zu entnehmen ist, wurde in den Reaktorbehältern der Gebäude 1 und 3 Wasserstoff gezielt abgelassen, um somit für einen Druckabbau zu sorgen. Außerhalb des Stahlbehälters vermischte sich dieses Gas dann mit dem Luftsauerstoff, so dass ein zündfähiges Gemisch entstand, das sich entzündete und die Gebäudehüllen der Gebäude 1 und 3 absprengte.

Der Stahlbehälter von Reaktor 2 scheint infolge von herab fallenden Gebäudeteilen defekt zu sein. Infolge der dort ebenfalls herrschenden hohen Temperaturen könnte es hier im Inneren des Stahlbehälters zur Bildung eines zündfähigen Gemisches kommen.

Zur Entzündung von Wasserstoff kommt es erst dann, wenn erstens Sauerstoff vorhanden ist, sich zweitens ein zündfähiges Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch gebildet hat und drittens ausreichend Zündenergie zugeführt wird.

Das gesamte Kernkraftwerk Fukushima I verfügt über eine elektrische Bruttoleistung von 4.696 Megawatt, deutlich mehr als deutsche Kraftwerke. Ähnliche Reaktortypen (Siedewasserreaktor) stehen in Deutschland in Brunsbüttel (Bruttostromleistung: 806 MW), Isar 1 (912 MW) und Philippsburg 1 (926 MW). Die Anlage in Krümmel bei Hamburg ist vom gleichen Typ aber leicht modifiziert und größer (1.402 MW).