Papier europäischer Forschungsinstitute
Die Industrialisierung von Wasserelektrolyse-Technologien (WE) gilt als kritischer Schritt für die tiefgreifende Dekarbonisierung unserer Gesellschaft und Wirtschaft durch groß angelegte Implementierung von sauberem Wasserstoff. Obwohl Europa in einer starken Position ist, um vom Marktwachstum der sauberen Wasserstoffproduktion zu profitieren, erfordert der durch die Energiewende vorgegebene Zeitplan eine stärkere Koordinierung. Mit dem „Joint Action Plan HySpeedInnovation“ beschrieben bereits am 24.11.2020 laut einer Medienmitteilung aus dem Fraunhofer ISE eine Reihe führender europäischer Forschungs- und Technologieinstitute (RTO) die bevorstehenden Herausforderungen im Bereich der Skalierung und wie sie diese bewältigen können, um Europa zum Elektrolyse-Technologieführer zu machen.
Europäische Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen (RTOs): Beschleunigung der Entwicklung der Elektrolyse – Handlungsfelder der Forschungsinstitutionen – Grafik © TNO.nl
Die RTs (The Netherlands Organisation/TNO, Fraunhofer ISE, Fraunhofer IFAM, Forschungszentrum Jülich, SINTEF und CEA) empfehlen auch eine unterstützende Rolle für die Europäische Kommission und die nationalen Behörden. Den Aufruf unterstützen weitere Forschungsinstitutionen aus EU-Mitgliedstaaten sowie das Netzwerk Hydrogen Europe Research, das mehrere hundert Wasserstoff-Unternehmen und -Organisationen vertritt.
Grüner Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind erzeugt wird, spielt eine entscheidende Rolle bei der Energiewende. Doch es bleibt noch viel zu tun, um diesen sauberen Energieträger in industriellem Maßstab und zu akzeptablen Kosten zu produzieren. Europa hat gute Trümpfe, um dies zu erreichen. Auf Initiative von TNO haben eine Reihe führender Wissensinstitute Vorschläge unterbreitet, um die Elektrolyse schnell voranzubringen.
Signifikantes Upscaling der Produktionskapazität
Eine enorme Herausforderung liegt in der Hochskalierung der derzeit verfügbaren Technologien auf Fabriken im GW-Maßstab, die erforderlich sind, um die Energiewende voranzutreiben. Für Europa spiegelt sich diese Herausforderung im europäischen Green Deal wider, der erneuerbaren, durch Elektrolyse erzeugten Wasserstoff ganz oben auf die politische Agenda setzt.
Die europäische Wasserstoffstrategie setzt ein Ziel von 6 GW installierter Elektrolyseur-Kapazität bis 2024 und 2×40 GW bis 2030 (40 GW in Europa und 40 GW in den Nachbarländern), die jährlich 1 bzw. 10 Millionen Tonnen Wasserstoff produzieren. Als Anreiz für diese Entwicklung werden Dutzende von Milliarden Euro versprochen.
Mehrere Wasserstoffstrategien von europäischen Mitgliedsstaaten haben auch quantifizierte Ziele für Elektrolyseure gemäß ihrer nationalen Wasserstoffstrategien mit Blick auf den Horizont 2030, z.B. 6,5 GW in Frankreich, 5 GW in Deutschland, 3-4 GW in den Niederlanden, 1 GW in Portugal und 4 GW in Spanien.
Fragmentiertes Wissen und Einrichtungen
Die Forscher beschreiben die Vor- und Nachteile der wichtigsten Technologien, auf denen die derzeitigen Elektrolyseure basieren, und wo Verbesserungen erforderlich sind. Dabei geht es um eine gute Balance zwischen Kosten, Leistung und Nachhaltigkeit. So muss beispielsweise für die knappen Rohstoffe und seltenen Metalle, die derzeit in Elektrolyseuren verwendet werden, eine ernsthafte Alternative gefunden werden. Auch die noch weitgehend manuelle Produktionsmethode kann und muss deutlich effizienter und kostengünstiger werden.
Das wichtigste Hindernis, das es zu überwinden gilt, ist weniger technischer Natur: Die Kette der Hersteller, ihrer Zulieferer und der Wissensinstitutionen selbst ist europaweit zersplittert und bremst so die Innovationen, die für die Entwicklung einer neuen Generation von Elektrolyseuren notwendig sind. Außerdem fehlt es an einer ausreichenden Nachfrage nach grünem Wasserstoff, auch weil die Kosten noch zu hoch sind. Das macht den Business Case für eine großflächige Anwendung abhängig von staatlichen Anreizen.
Intensiv zusammenarbeiten
Um die erforderlichen Entwicklungen zu unterstützen und zu beschleunigen, schlagen die europäischen RTOs vor, intensiver und koordinierter zusammenzuarbeiten. Zu diesem Zweck wurden drei Gruppen von Möglichkeiten identifiziert. Diese Möglichkeiten sind:
- Verbindung von Wasserstofflabors;
- Festlegung klarer Leistungsstandards; und
- Überwachung der Leistung von subventionierten Pilotprojekten.
Für jede Möglichkeit wurden Maßnahmen identifiziert, die in den Verantwortungsbereich der europäischen RTOs fallen.
- Ein von der EU finanziertes Programm, das darauf abzielt, den Aufbau einer koordinierten EU-Infrastruktur zu erleichtern, die die Nutzung und gemeinsame Nutzung von Testeinrichtungen für Wasserelektrolyse ermöglicht. Mit dem Ziel, (neue) Industrien zu unterstützen und den Zugang zur Produktionskette zu erleichtern.
- Ein von der EU finanziertes Programm, das auf die Entwicklung harmonisierter Leistungs-, Sicherheits-, Nachhaltigkeits- und Qualitätsstandards abzielt, die internationale Mindestanforderungen für (Komponenten von) Elektrolyseuren festlegen, wie sie z. B. in Ausschreibungsspezifikationen zum Ausdruck kommen.
- Die Umsetzung einer Open-Access-Politik zur gemeinsamen Nutzung von aggregierten Daten und Erkenntnissen. Die Regierungen sollten die gemeinsame Nutzung von Daten und Erkenntnissen aus allen geförderten Forschungs-, Demonstrations- und Einführungsprojekten verpflichtend machen.
Für jede Gelegenheit müssen jedoch einige Anforderungen erfüllt werden, die außerhalb des direkten RTO-Einflusses liegen. Hier ist die Verantwortung der politischen Entscheidungsträger auf nationaler und EU-Ebene gefragt, um die vorgeschlagenen Anstrengungen zu erleichtern.
->Quellen: