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.

Das Cluster „Erzeugung“ beleuchtet neben Elektrolyseverfahren auch alternative Pfade zur CO2-armen Wasserstoff-Herstellung im Sinne der Sektorkopplung. Um die Speicher- und Transportfähigkeit zu erhöhen, werden Technologien zur Umwandlung in andere wasserstoffhaltige Energieträger und synthetische Kraftstoffe untersucht. Weitere Umwandlungsprozesse stellen wichtige Grundstoffe für chemische und industrielle Anwendungen bereit.

Das Cluster „Wasserstoffinfrastruktur: Speicherung und Transport“ konzentriert sich auf die Frage, wie Wasserstoff möglichst kostengünstig, sicher und umweltschonend gespeichert und verteilt werden kann. 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.
Die Herausforderungen bestehen auf technischer Seite darin, geeignete Materialien und Verfahren für langlebige, kostengünstige und sichere Systeme einzusetzen. Auf logistischer Seite gilt es, die Verteilinfrastruktur so zu entwerfen, dass die Transportwege kurz sind und CO2-Emissionen möglichst vermieden werden. Um Ressourcen zu schonen, sollen vorhandene Strukturen angepasst und genutzt werden. Präzise Mess- und Überwachungssysteme sollen hohe Sicherheitsstandards gewährleisten (siehe auch Cluster „Sicherheit und Akzeptanz“).

Das Cluster „Nutzung“ fokussiert sich auf die industrielle Nutzung des Wasserstoffs, den Wärmemarkt sowie auf die Stromerzeugung mit der Brennstoffzelle. Im Industriesektor stehen die CO2-arme Stahlerzeugung, die stoffliche Verwendung in der chemischen Industrie und der Raffinerietechnik sowie die Bereitstellung von Prozesswärme im Vordergrund. In den genannten Szenarien kann Wasserstoff direkt als Brenngas oder über Gas-und-Dampf- sowie Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen eingesetzt werden. Der Bereich Wärmemarkt deckt die Wärmeversorgung von privaten, kommerziellen und industriellen Gebäuden ab.  Bei den Brennstoffzellen sind mobile und stationäre Anwendungen samt Kraft-Wärme-Kopplung eingeschlossen.

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 Markteinführung eine breite Anwendung zu ermöglichen.

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