Grüner Wasserstoff wird mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energiequellen oder nachhaltig erzeugter Biomasse erzeugt. Er ist damit ein CO₂-neutraler Energieträger und kann fossile Energiequellen im Energieversorgungssystem ersetzen. Da er flexibel einsetzbar ist, kann er klimafreundlichen Strom aus erneuerbaren Energie-Anlagen für die Wärmeversorgung, Mobilität und Industrie nutzbar machen und diese Sektoren damit dekarbonisieren. Dies gelingt durch Sektorkopplung.

Unter Sektorkopplung versteht man miteinander verbundene Energiesysteme, die mehrere Verbrauchssektoren energetisch verknüpfen. So kann beispielsweise elektrische Energie aus dem Stromnetz im Verkehrssektor eingesetzt werden. Die Sektoren werden also über verschiedene Energieträger verknüpft. Künftig kann das vor allem auch durch grünen Wasserstoff und damit klimafreundlich erfolgen.

Bei der Auftaktveranstaltung der Forschungsinitiative „Energiewende im Verkehr“ hat Gastredner Prof. Ulrich Wagner von der Technischen Universität München das Konzept der Sektorkopplung erläutert und auch, warum sie so wichtig für den Erfolg der Energiewende ist.

Der grüne Wasserstoff für eine klimafreundliche Sektorkopplung kann durch verschiedene Verfahren gewonnen werden. Die Methoden der CO₂ -freien Produktion des Gases befinden sich in unterschiedlich ausgereiften Forschungs-, Entwicklungs- und Anwendungsstadien. Das aktuell am weitesten entwickelte Verfahren ist die Wasserelektrolyse in Power-to-Gas-Anlagen. Diese sind mittlerweile bereits im Megawattbereich verfügbar. Bei dieser wird Wasser mit Hilfe von Strom aus Erneuerbaren-Energie-Anlagen in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Derzeit ist die Wasserstoffgewinnung aus fossilen Energieträgern noch wirtschaftlicher. Durch weitere Forschung soll die Wasserelektrolyse jedoch noch kostengünstiger und effizienter werden.

Andere Optionen könnten langfristig auch die bio-artifizielle Photosynthese, solar-thermochemische Kreisprozesse, photo-elektrochemische und auch die (photo)-bioelektrochemische Wasserspaltung, die Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse oder die Hochtemperatur-Wasserdampfelektrolyse sein. Hier ist jedoch noch großer Forschungs- und Entwicklungsbedarf vorhanden, bevor diese Verfahren industriell im großen Maßstab genutzt werden können.

Warum ist Forschung zu Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung wichtig für die Energiewende?

Schon heute sind deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit ihren Entwicklungen im Bereich Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung führend. Nicht zuletzt auch dank der Forschungsförderung durch den Bund und die Länder.

Damit das Potenzial von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft gehoben werden kann, sind noch einige Hürden zu nehmen. Nach wie vor sind Erzeugungs-, Speicher- und Transporttechnologien zu teuer, um marktfähig zu sein. Durch Forschung, Entwicklung und Innovationen entlang der gesamten Wertschöpfungskette können die Kosten weiter gesenkt und die eingesetzten Technologien langlebiger und effizienter werden.

Was sind die Förderprioritäten des BMWK?

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unterstützt anwendungsnahe Forschung im Bereich Wasserstofftechnologien und Sektorkopplung mit einem technologischen Reifegrad zwischen 3 und 7 (Technology Readiness Level, TRL) im Rahmen der Projektförderung. Mit dem Start des 7. Energieforschungsprogramms 2018 sind zudem die Reallabore der Energiewende (TRL zwischen 7 und 9) als neues Fördermodell hinzugekommen.

Das Ministerium hilft damit Unternehmen und Forschungseinrichtungen, ihre neuen Technologien und Innovationen für die Energiewende, die kurz vor der Marktreife stehen, unter realen Bedingungen im industriellen Maßstab zu erproben. Aus dem ersten Ideenwettbewerb des BMWK sind zehn Reallabore der Energiewende hervorgegangen. Bei fünf Reallaboren steht Wasserstoff im Vordergrund.

Im Juni 2020 hat die Bundesregierung die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) verabschiedet. Einen ersten Bericht zum Zwischenstand der Umsetzung der Strategie hat die Bundesregierung im September 2021 vorgestellt. Ein wichtiger Eckpfeiler der Strategie ist die Förderung von Forschung, mithilfe derer Fachleute die nötigen Technologien entwickeln und Anwendungen für eine Wasserstoffwirtschaft aufbauen. Die Wasserstoffstrategie bündelt daher mehrere Maßnahmen zur Förderung von Innovationen in der Forschungsoffensive „Wasserstofftechnologien 2030“.

©AA+W - stock.adobe.com

Eines dieser Elemente ist, die Technologieoffensive Wasserstoff  (TOW), die das BMWK im Dezember 2020 gestartet hat. Innerhalb des Aufrufs fördert das Ministerium Forschungsprojekte zu Erzeugung, Transport, Speicherung und Nutzung sowie zur Integration von Wasserstoffinfrastrukturen in das Energiesystem. Auch Forschungsprojekte rund um übergreifende technoökonomische und gesellschaftliche Fragen werden im Rahmen der TOW gefördert.

Als weiterer Beitrag des BMWK zur Nationalen Wasserstoffstrategie ist außerdem das Forschungsnetzwerk Wasserstoff entstanden, zu dem sich im September 2020 Expertinnen und Experten zusammengeschlossen haben. Die Fachleute aus Industrie und Wissenschaft haben das Netzwerk als Austauschplattform etabliert und diskutieren über Forschung und Anwendung entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Im September 2021 haben die Mitglieder des Forschungsnetzwerks ihre Empfehlungen zum Forschungs- und Entwicklungsbedarf in der Wasserstoffwirtschaft an das BMWK übergeben.

Die breite Förderung von Forschung entlang der gesamten Wasserstoffwertschöpfungskette ist darauf ausgelegt, dass die entwickelten Innovationen schnellmöglich erfolgreich dem Markt zu Verfügung stehen.