Wasserstoff - das fehlende Puzzleteil auf dem Weg zur Klimaneutralität?

In den Ländern der Europäischen Union werden derzeit zahlreiche Wasserstoffstrategien ausgearbeitet und verabschiedet. Viele versprechen sich von Wasserstoff den langersehnten Ersatz für fossile Rohstoffe. Warum wird Wasserstoff als Energieträger der Zukunft oder Schlüsselmolekül der Energiewende bezeichnet? Dieser Frage wollen wir nachgehen. Und zwar in unserem Kammerbezirk – was bewegt sich hier im mittleren Ruhrgebiet? Teil einer Metropol-Region, deren Infrastruktur prädestiniert ist für den Einsatz von H2. Wir haben genau hingeschaut – und zwar im speziellen zu KMUs – Wie können Sie Wasserstoff überhaupt nutzen und den Markthochlauf von H2 in der Region beschleunigen?
Von Katrin Ziegast
Um sich in dem Dschungel aus Pilotprojekten, Netzwerken und Initiativen zurechtzufinden, benötigt man Expert:innen, die einordnen und sondieren – und auch bei ihnen entsteht der Eindruck, dass sich die Fülle an Aktivitäten und Vorhaben nur schwer clustern lässt. Jeder möchte First Mover sein. Zur Wahrheit gehört aber auch, dass viele mittelständischen Unternehmen noch gar nicht an Wasserstoff rankommen, Systeme noch nicht umgestellt wurden, die Infrastruktur fehlt und Anbindungen erst noch realisiert werden müssen.
H2-Modellregion? Netzwerke, Initiativen und Pilotprojekte
Das Ruhrgebiet möchte Modellregion für den Wasserstoff werden – der Regionalverband Ruhr(RVR) wirbt in Berlin mit den Pfunden des Ruhrgebiets. Ob die Argumente ankommen, wird man sehen. Im Projektbüro „Hydrogen Metropole Ruhr“, das von RVR und Business Metropole Ruhr (BMR) Ende 2021 initiiert wurde, möchte man alle H2-Aktivitäten bündeln, gemeinsam vermarkten und dadurch sichtbarer machen. RVR-Regionaldirektorin Karola Geiß-Netthöfel betonte im Frühjahr 2023, dass die Metropole Ruhr mit einiger einzigartigen Kombination aus Wirtschafts- und Forschungsaktivitäten beste Voraussetzungen für eine Einführung biete.
Diese Meinung teilt auch Dr. Alexander Heim – Referent der Institutsleitung bei der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG. Für die Initiative „H2!Raum Mittelstand Ruhr 2030“ (H2R), eine Initiative zum Transfer von Wasserstoffinnovationen, die das Fraunhofer IEG zusammen mit der Westfälischen Hochschule koordiniert, ist er zudem als Innovationsmanager/Scout tätig.
Transfer von Wasserstoffinnovationen angepasst an den Bedarf der Wirtschaft
Das übergeordnete Ziel der Initiative ist die Dekarbonisierung – also die Reduzierung von Kohlenstoff in der Wirtschaft – und den Strukturwandel in der Region zu unterstützen und zwar mit dem Fokus auf Wasserstoff. Ein Grundpfeiler des Projektes ist den Wissenstransfer mit neuen Formaten zu unterstützen.
Wir möchten unterschiedliche Bereiche der Gesellschaft adressieren, darunter Unternehmen, Politik sowie Bildungseinrichtungen und die Komplexität des Themas so runterbrechen, dass weite Teile der Gesellschaft mitgenommen werden.
Der zweite Pfeiler des Projektes sind sogenannte Werkstattprojekte, in denen mit Unternehmen gemeinsam Innovationen in die Anwendung gebracht werden. „Wir schauen uns zunächst, insbesondere die Anwendung in Hochtemperaturprozessen an, jedoch nicht ausschließlich – immer mit dem übergeordneten Ziel dazu beizutragen, Prozesse klimaneutral zu gestalten oder klimaneutrale Geschäftsmodelle zu entwickeln“, führt Heim aus.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Initiative perspektivisch insgesamt neun Jahre. Es ist die einzige geförderte Initiative in NRW, die mit elf anderen Initiativen Anfang 2023 einen Förderbescheid erhielt und nun Teil des bundesweiten Förderprogramms „T!Raum – TransferRäume für die Zukunft von Regionen“ ist.
Ziel ist, die Innovationen aus der Forschung an den Bedarf von KMUs anzupassen – sie von vorne herein mit ins Boot zu holen. Professor Michael Brodmann, Vizepräsident für Forschung und Transfer und Direktor des Westfälischen Energieinstituts (WIE) an der Westfälischen Hochschule in Gelsenkirchen unterstreicht dieses Vorhaben noch einmal „Durch die Förderung besteht nun die Möglichkeit, die Forschungsergebnisse im Bereich Wasserstoff gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern für die Unternehmen der Region nutzbar zu machen und so nachhaltige Veränderungen in der Region einzuleiten.“ Angestrebtes Ziel ist einen Beitrag zur Transformation der Wirtschaft der Metropole Ruhr in eine „H2-Wirtschaft“ zu leisten.
Und damit das auch noch besser gelingt, müssen sich Initiativen und Forschungsprojekte im Kammerbezirk und darüber hinaus noch intensiver vernetzen. Durch den Zusammenschluss der Fraunhofer IEG und der Westfälischen Hochschule im H2!Raum steht die Initiative im engen Austausch mit dem h2-netzwerk-ruhr e.V., zu deren Mitglieder die Westfälische Hochschule seit langem zählt. Dieser Zusammenschluss von Kommunen, öffentlichen Einrichtungen, Unternehmen, Verbänden und natürlichen Personen bündelt und entwickelt Aktivitäten im Bereich der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie weiter. Seit seiner Gründung 2008 nimmt das Netzwerk eine Vorreiter-Rolle in der Metropole Ruhr ein. Das älteste Wasserstoff-Netzwerk verfolgt seit 15 Jahren das Ziel, die Rahmenbedingungen – insbesondere im nördlichen Ruhrgebiet – so zu gestalten, dass sich die Region als wichtiger Standort für die Wasserstoff- und Brennstoffzellenindustrie mehr und mehr etabliert. „Wir wollen das Silicon Valley der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie werden.” Dieses ehrgeizige Ziel formulierte Hertener Stadtbaurat Volker Lindner bei der Vorstellung des „h2-Netzwerk-Ruhr” 2009. Mittlerweile sind es 87 Mitglieder, die fachlich und monetär das Netzwerkunterstützen. Auffällig ist, dass gerade im nördlichen Ruhrgebiet die Wasserstoff-Aktivitäten sehr zahlreich sind und viele Firmen wie Zinq sich hier angesiedelt haben, die H2 in ihrem Portfolio haben.  
Die Metropole Ruhr – eine H2-erprobte Region
Geballte Kompetenz rund um den Wasserstoff ist im Ruhrgebiet sowieso vorhanden, denn die Region kann als bedeutender Chemiestandort auf einer jahrzehntelangen Tradition in Sachen Wasserstoff aufbauen. Nun gilt es, dieses Wissen auch flächendeckend anzuwenden, damit das Ruhrgebiet von der vielfältigen Nutzung des Wasserstoffs wirtschaftlich profitiert. „Wir brauchen mehr Anwendungsprojekte und müssen dafür die Infrastruktur schaffen – nur so erreichen wir Planungssicherheit!“, unterstreicht auch Alexander Heim von der Fraunhofer IEG. Und genau hier wird das Problem deutlich.

Nationale Wasserstoffstrategie will H2-Verfügbarkeit vorantreiben
Die Nationale Wasserstoffstrategie, die im Juli diesen Jahres angepasst wurde, sieht einen Ausbau des Transportnetzes vor. Bis 2030 will die Bundesregierung zehn Gigawatt Elektrolysekapazität aufbauen. Das reicht nach heutigen Schätzungen aus, um 20-30 % des deutschen Wasserstoffbedarfs zu decken, der restliche Bedarf mit knapp 70 %, wird durch Importe abgedeckt. Voraussetzung für den Hochlauf und die Verfügbarkeit des Wasserstoffs ist jedoch eine ausgebaute flächendeckende Infrastruktur, die auch im Ruhrgebiet noch nicht existent ist.
Fehlende Infrastruktur bremst Innovationen
Das erlebt auch gerade ein Hattinger Traditionsunternehmen – in der Westfälischen Lokomotiv-Fabrik Reuschling wurde Ende September 2023 die erste Lokomotive mit Wasserstoffantrieb vorgestellt. „Wir haben als Basis einen Dieselmotor genommen und anstelle der Einspritztechnik wurde eine Gaseinblase-Technik eingebaut, die das H2-Gas direkt in den Brennraum einbläst“, erklärt Professor Karsten Wittek von der Hochschule Heilbronn.

Hier passiert genau das, wozu auch Initiativen wie H2!Raum zukünftig einen Beitrag leisten – nämlich eine Symbiose von Wissenschaft und Wirtschaft, von der beide Seiten zehren und profitieren. Die Hochschule Heilbronn hat zusammen mit dem Unternehmen den umgebauten Motor entwickelt – gefördert wurde das Projekt vom Bund. „Der Wasserstoff-Motor hat das Potenzial noch effizienter als der Dieselmotor zu sein“, führt Wittek aus. Die Reichweite kann momentan jedoch mit der alten Technik nicht mithalten. Mit einer Dieselfüllung fährt die Lok eine Woche, der Wasserstoff hält nur zwei bis drei Tage vor, dann muss getankt werden. Und zwar an H2-Tankstellen, und die muss man noch mit der Lupe suchen.
Wasserstoff-Kernnetz – auch Bochum ist drin
Ein über 11.000 Kilometer langes Wasserstoff-Kernnetz soll bis 2032 alle großen Wasserstoff-Einspeiser und Verbraucher verbinden. Man kann sich heute schon durch eine Karte zum aktuellen Planungsstand eines Wasserstoff-Kernnetzes klicken. Auch durch Bochum ist eine Leitung grundsätzlich angedacht (siehe Kasten zu den Stadtwerken Bochum, gestrichelte Linie). Gemäß dieser Karte wird für Bochum zudem mehr H2-Bedarf als H2-Erzeugung prognostiziert. Wichtig zu wissen, der aktuelle Planungsstand entspricht noch nicht dem finalen Entwurf des Wasserstoff-Kernnetzes. Jedoch kann man nach den Einschätzungen der Expert:innen davon ausgehen, dass eine Leitung durch Bochum gehen wird. Für das entworfene Szenario wurden über 300 Wasserstoffprojekte berücksichtigt. Betreiber von Verteilernetzen wie unser Nachbar die Stadtwerke Bochum hatten bis Ende Juli 2023 die Gelegenheit Stellung zu beziehen und weitere Bedarfe zu melden.
„H2ercules“- der Schnellweg für Wasserstoff
Zudem bauen RWE und der Netzbetreiber OGE an einem Schnellweg für Wasserstoff, dem „H2ercules“. Ziel ist es, Produktionsanlagen, Speicher und Importhäfen im Norden mit den Industrieregionen und Verbraucher:innen in West- und Süddeutschland zu verknüpfen. Der Energie-Riese RWE übernimmt in dem Projekt die Wasserstoffproduktion und Beschaffung aus anderen Ländern, OGE bringt den Wasserstoff zu Kund:innen. Es gibt mehrere Ansätze den Aufbau einer bundesweiten H2-Infrastruktur voranzutreiben – das Projekt Get H2 ist z.B. eines der größten Zusammenschlüsse von Partnern, die dieses Ziel aktuell verfolgen.

Innovationsbereitschaft vs. Wirtschaftlichkeit
Die Innovationsbereitschaft im mittleren Ruhrgebiet und darüber hinaus ist groß, wie man an zahlreichen Beispielen im Ruhrgebiet sieht. Aber ist das alles auch wirtschaftlich? „Hier ist es wichtig, dass man KMUs frühzeitig die Möglichkeit gibt anzupassen“, merkt Jörn Kleinelümern an. Er ist HUB-Manager Wasserstoff im Projektbüro Hydrogen Metropole Ruhr (HyMR). Momentan arbeitet man hier an einer interaktiven Wasserstofflandkarte sowie einer wissenschaftlich gestützten Potenzialstudie.

Die Bewegung kommt ganz klar von der Industrie, sie macht Druck klimaneutral zu sein.

Und der RVR hat im Gleichklang auch ein ambitioniertes Ziel, nämlich „Grünste Industrieregion der Welt zu werden“. Und das ist gar nicht so unrealistisch. Das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie hat in einer aktuellen Studie erstmals ein Leitbild für grüne Industrieregionen entwickelt. Dabei attestiert es der Metropole Ruhr „das Potenzial, zu einer Pilotregion für die Transformation zu einer grünen Industrieregion zu haben.“ Zudem bescheinigen die Studienmacher:innen der Metropole Ruhr eine Vorreiterrolle in puncto dynamische Entwicklungen bei umweltwirtschaftlich relevanten Technologien und Dienstleistungen zur Dekarbonisierung.

Markthochlauf in der Metropol Region Ruhr?
„Wir haben hier im Ruhrgebiet das dichteste Erdgasnetz Europas, das zumeist schon H2-ready ist – das ist ein ganz entscheidender Vorteil“, so Kleinelümern. “Und wir haben Abnehmer aus allen Bereichen wie der Stahl- und Chemieindustrie, viele prozesswärmeintensive KMUs und die erforderliche Logistik – deswegen liegt es nahe, dass wir den Markthochlauf hier starten.“ Wie z.B. mit dem in Bau befindlichen Elektrolyseur von AirLiquide in Oberhauen mit der bisher höchsten Skalierung von 20 Megawatt oder dem Pilot-Elektrolyseur von Evonik in Herne oder der Windstrom-Elektrolyse-Anlage in Herten. Mit der Infrastruktur der nationalen und regionalen Häfen kann zudem eine schnelle Versorgung sichergestellt werden.

Vereinfachte Förderzugänge für KMUs
Falls das Ruhrgebiet Modellregion wird, ist es von essentieller Bedeutung, dass KMUs vereinfachte Förderzugänge bekommen und eine sichere H2-Versorgungssicherheit existiert – nur so kann man die Motivation schaffen, dass Unternehmer:innen frühzeitig die Umstrukturierung wagen. Viele finden sich auch nicht in dem Fördermittel-Dschungel zurecht – und wenn man seine Optionen nicht kennt, wo soll man dann anfangen? Die IHK Mittleres Ruhrgebiet hilft da zum Beispiel weiter – unsere Referentin für Energie Dr. Annette Bollmann ist erste Ansprechpartnerin bei Energiefragen für die Unternehmen im Kammerbezirk und auch ausgewiesene H2-Expertin. „Wir haben besonders KMUs im Blick, die wir beraten und unterstützen wie z.B. in Form einer Webinar-Reihe mit Expert:innen zum Thema Wasserstoff. Hier wird runtergebrochen, was für Unternehmer:nnen wichtig ist und wie man an alle relevanten Informationen kommt.“
Auch gemeinsame Veranstaltungsformate sind geplant mit Hochschulen und weiteren wissenschaftlichen Institutionen wie der Fraunhofer IEG und der Westfälischen Hochschule. „Denn wer sich nicht bewegt, bewegt nichts“ - und das kleinste Element des Universums kann einiges bewegen!

Exkurs in die Farbenlehre von H2
Wasserstoff spielt im zukünftigen Energiemix eine wichtige Rolle als Energieträger für unterschiedliche Anwendungsfelder und für die Speicherung von erneuerbarem Strom.

Grüner H2: Elektrolyse-Anlagen spalten mithilfe von erneuerbarem Strom Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf. Dieser Vorgang ist CO2-neutral, da nur erneuerbare Energien für den Prozess benötigt werden. Man erhält eine hohe H2-Reinheit. Leider fehlt es noch an einer flächendeckenden Zahl Elektrolyseuren.

Grauer H2: Mithilfe von Wasserdampf wird der im Erdgas enthaltene Wasserstoff vom Kohlenstoff getrennt. Dieses Verfahren ist momentan das wirtschaftlichste und meist verbreitete Verfahren zur H2-Hestellung. Für jede Tonne grauen Wasserstoff entstehen jedoch zehn Tonnen CO2. Die Produktion von grauem Wasserstoff ist sehr energieintensiv und nicht klimaneutral.

Blauer H2: Ähnliches Verfahren wie beim grauen H2, jedoch wird das CO2 abgeschieden und langfristig gespeichert. Man erhält eine bessere Klimabilanz als beim grauen H2, das unterirdische Deponieren ist jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv und mögliche Langzeitfolgen sind noch völlig unklar.

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