Forschungsnetzwerk Wasserstoff

Eine stilistische Darstellung eines Wasserstoffmoleküls
(Bild: ©Thomas - stock.adobe.com)

Im Forschungsnetzwerk Wasserstoff tauschen sich Expertinnen und Experten aus Industrie, Hochschulen und Forschungsinstituten über die Erzeugung, Speicherung, Verteilung und sektorübergreifende Nutzung von Wasserstoff aus. Als Element der Nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung liefert das Forschungsnetzwerk Anregungen für die Forschung und Anwendung von Wasserstofftechnologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Mit gemeinsam entwickelten Empfehlungen und Stellungnahmen dient es als Impulsgeber für Förderstrategien rund um das Thema Wasserstoff.

Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie hat die Bundesregierung die zentrale Rolle von Wasserstoff für die Energiewende unterstrichen. Wasserstoff als Speichermedium und Energieträger ermöglicht eine effiziente Sektorkopplung der Bereiche Strom, Wärme und Verkehr. Zudem dient Wasserstoff als Einsatzstoff in Raffinerien und Chemischer Industrie sowie als möglicher Ersatz für Koks in der Stahlherstellung. Damit ist er ein weiteres Schlüsselelement für die Dekarbonisierung des Industrie-, Wärme- und Verkehrssektors.

Wasserstoff - Energieträger der Zukunft

Als Energieträger der Zukunft bietet Wasserstoff von der effizienten Erzeugung über den sicheren Transport bis hin zur Nutzung ein vielfältiges Forschungs- und Entwicklungsfeld für Unternehmen und Wissenschaft. Um einen möglichst breiten fachlichen Austausch zu gewährleisten, werden diese Themen im Forschungsnetzwerk sektorübergreifend diskutiert. Das Forschungsnetzwerk Wasserstoff, dessen Fokus auf der anwendungsnahen Energieforschung und dem Praxistransfer liegt, wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Wegen der ressortübergreifenden Bedeutung des Themas Wasserstoff sind die Bundesministerien für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) sowie Bildung und Forschung (BMBF) ebenfalls beteiligt.

Das neue Forschungsnetzwerk Wasserstoff bietet Expertinnen und Experten ein technologieoffenes, interdisziplinäres Forum. Hier können sich Akteurinnen und Akteure aus verschiedenen Forschungsdisziplinen und der Praxis vernetzen und sich zu Ergebnissen sowie Handlungsbedarfen untereinander austauschen. Das Forschungsnetzwerk bietet gleichzeitig die Möglichkeit, an Konsultationsprozessen zu energieforschungspolitischen Fragestellungen zu partizipieren und die Transparenz in der Förderpolitik zu erhöhen. Der ressortübergreifende Ministerialbeirat des Forschungsnetzwerks stellt den Austausch an der Schnittstelle zu fachpolitischen Prozessen sicher.

Innovative Technologien marktreif machen

Die Mitglieder des Netzwerks erarbeiten Empfehlungen zur zukünftigen Ausrichtung der Innovations- und Forschungsförderung der Bundesregierung im Bereich der Wasserstofftechnologien. Der Fokus liegt auf Forschung & Innovation, Demonstrationsvorhaben zur Erprobung der Marktreife bereits entwickelter Technologien sowie marktnahen Reallaboren zur Marktvorbereitung und Unterstützung ihrer Markteinführung.

Da Wasserstoffforschung ein sehr breites Themenspektrum umfasst, wird das Forschungsnetzwerk in vier Cluster unterteilt. Die Mitglieder der Cluster können sich untereinander und auch mit den anderen Forschungsnetzwerken Energie austauschen. Die Cluster sind offen für alle Mitglieder des Forschungsnetzwerkes, sodass sich jede und jeder an einer vertieften fachlichen Diskussion und an Aktivitäten innerhalb der Cluster beteiligen kann. Mit Bezug zur Umfrage während der Auftaktveranstaltung vom 30. September 2020 und dem nachgeschalteten Konsultationsprozess wurden für die künftige Netzwerkarbeit folgende Themencluster eingerichtet.

Im Cluster „Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten“ werden die verschiedenen Technologien beleuchtet, um CO2-armen Wasserstoff sowie wasserstoffbasierte Folgeprodukte, wie Kraftstoffe und chemische Grundstoffe, zu erzeugen.

Im Bereich Wasserstoff liegt der Fokus bei der Erzeugung von sogenanntem „grünen Wasserstoff“ durch verschiedene Verfahren der Wasserelektrolyse mit erneuerbaren Energien. Ferner werden alternative photokatalytische, photobiologische und thermische Prozesse sowie Verfahren unter Einsatz von Biomasse zur Wasserstofferzeugung, alternative Pfade zur CO2-armen Herstellung von blauem und türkisem Wasserstoff sowie die Integration der Anlagen ins Energiesystem betrachtet.

Im Bereich der Folgeprodukte werden Technologien zur Umwandlung in andere wasserstoffbasierte, Energieträger angeschaut, die die Speicher- und Transportfähigkeit erhöhen. Hierzu zählen synthetische Kraft- und Treibstoffe sowie Grundstoffe für chemische und industrielle Anwendungen.

Der Cluster „Infrastrukturen und Systemintegration“ konzentriert sich auf die Frage, wie Wasserstoff möglichst kostengünstig, sicher und umweltschonend gespeichert und verteilt werden kann. Vor dem Hintergrund, dass Gasnetze und -speicher gemeinsam mit entsprechenden Strom-Infrastrukturen das Rückgrat des Gesamtenergiesystems darstellen, beleuchtet der Cluster zudem auch die relevanten Transformationsaspekte auf gesamtsystemischer Ebene, um eine optimierte Forschungsstrategie zu erarbeiten.

In den meisten Fällen liegen die Standorte zur Erzeugung von Wasserstoff räumlich entfernt von Orten, an denen der Wasserstoff genutzt wird, wie Industrie oder Quartiere. Auch zeitlich erfolgen Erzeugung und Nutzung unabhängig voneinander. Die hergestellten Mengen müssen daher gespeichert und transportiert werden, um den Wasserstoff bedarfsgerecht an den relevanten Nutzerstandorten zur Verfügung zu stellen, wobei ein optimaler wechselseitiger Systemnutzen der verschiedenen Energiesektoren sichergestellt werden muss.

Der Cluster „Nutzung“ fokussiert sich auf die industrielle Nutzung des Wasserstoffs, sowie auf stationäre und mobile Anwendungen. Im Industriesektor stehen die CO2-arme Stahl- und Metallerzeugung sowie die Bereitstellung von Prozesswärme im Vordergrund. Der Bereich stationäre Anwendungen deckt die Wärme- und Stromversorgung von privaten, kommerziellen und industriellen Gebäuden durch den Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung oder Niedertemperaturwärme ab. Unter dem Thema mobile Anwendungen verstehen wir den Einsatz von Wasserstoff in PKW, LKW, Schienenverkehr, Schifffahrt sowie Flugverkehr.

Die Betrachtung von Sicherheitsaspekten betrifft vorrangig die Komponenten und Anlagen, insbesondere deren Betrieb in allen Bereichen der Wertschöpfungskette sowie die Erzeugung, die Speicherung wie auch den Transport und die Nutzung von Wasserstoff. Ein nachhaltiger Betrieb und die Schonung von Umwelt und Klima sollen nachgewiesen werden können. International einheitliche Normen, Standards und Prüfrichtlinien sollen dazu entworfen oder bestehende Vorgaben auf die neuen Technologien angepasst werden. Die Gewährleistung von sicheren Wasserstofftechnologien ist eine Grundvoraussetzung für eine zunehmende Akzeptanz. Damit wächst die Bereitschaft, in die Wasserstofftechnologien zu investieren und über eine erfolgreiche, nachhaltige Markteinführung eine breite Anwendung zu ermöglichen.

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