Ein mit grünem Wasserstoff betriebener LKW steht an einer H2-Tankstelle. Im Hintergrund stehen Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen.

Wird Wasserstoff durch regenerative Energien hergestellt, lassen sich für die deutsche Industrie vor allem unter dem Gesichtspunkt der immer stärker aufkommenden Notwendigkeit zur CO2-Neutralität neue Möglichkeiten ausmachen. - Bild: AdobeStock - AA+W

| von Dietmar Poll

Es gibt wieder Auftrieb für den Maschinenbau - befeuert durch die Brennstoffzelle. So besagt eine aktuelle VDMA-Studie, dass die Brennstoffzelle von 2030 an mit einem signifikanten Anteil in Pkw, Nutzfahrzeugen und mobilen Maschinen vertreten sein wird. Allein elf Milliarden Euro Umsatz für Brennstoffzellenkomponenten im Pkw sind im Jahr 2040 in Europa möglich. In der Folge werden hier rund 68.000 Arbeitsplätze entstehen. Dies sind Kernergebnisse der Studie zum 'Antrieb im Wandel – Auswirkungen der Brennstoffzellentechnologie auf den Maschinen- und Anlagenbau und die Zulieferindustrie', erstellt von der FEV Consulting GmbH.

"Für die Maschinenbauindustrie ist die Brennstoffzellentechnologie in Bezug auf Wertschöpfung und Arbeitsplätze eine große Chance", kommentiert Hartmut Rauen, stellvertretender VDMA-Hauptgeschäftsführer, die Studienergebnisse. "Wir sind hier global noch in der Pole-Position und können in Deutschland und Europa die ganze Wertschöpfungskette abbilden."

Tolle Entwicklung für den Maschinenbau

Principal Michael Wittler von FEV Consulting konkretisiert dies: "Im Jahr 2030 können wir ein Geschäftspotenzial von zwölf Milliarden Euro erwarten. Bis zum Jahr 2040 ist ein Anstieg auf 86 Milliarden Euro zu erwarten." In diesem Geschäftspotenzial sollten sich viele Chancen ergeben können für die Automobilindustrie, Zulieferer aber natürlich insbesondere auch für den Maschinen- und Anlagenbau, der schließlich die Produktionsstraßen ausrüste. Die Wertschöpfung dafür beträgt laut Wittler 24 Milliarden Euro.

Zwei Ingenieure von Bosch stehen vor einer Brennstoffzellenkonstruktion
Bosch verfügt bereits über viel Know-how in der Brennstoffzellen-Technik und hat bereits ein umfangreiches Portfolio an Komponenten für Brennstoffzellen in Lkw und Pkw entwickelt. - Bild: Bosch

Wieder mehr Maschinen für die spanende Fertigung gefragt

Mit Blick auf den Maschinenbau verweist er auf die dort üblichen Prozesse, die benötigt werden: "Das ist die spanende Bearbeitung, das ist Umformen, ganz viel Verbinden sowie Montagetätigkeiten. Betrachten wir diese Aufteilung, dann ist sie wesentlich näher an einem heute bekannten Antriebsstrang im Vergleich zu einem Batteriefahrzeug, wo viele dieser Prozesse ja nicht mehr einen so hohen Wertbeitrag einnehmen können." Das sind deutlich positive Worte des FEV-Mannes Richtung Maschinenbau.
Vor genau diesem Hintergrund werden die Brennstoffzellenantriebe interessant, denn "wenn wir die Gesellschaft mit einer nachhaltigen und CO2-neutralen Mobilität versorgen wollen, dann kann das mit einem Brennstoffzellenantrieb so gelingen, dass die Industrie keine zu große Disruption erfährt und weiterhin ihre Chancen, Umsätze zu generieren, behalten kann", verdeutlicht Wittler den positiven Ausblick.

So sorgt Wasserstoff für Aufschwung in der Industrie

Im Interview: Matthias von Bechtolsheim über den derzeitigen Wasserstoffboom. - Bild: Arthur D. Little

Die Produktion von Wasserstoff sowie von Brennstoffzellen kann der Industrie gehörig den Rücken stärken. Wer sind die Profiteure und welche Hürden gibt es?

Wenn Sie mehr zu dieser Thematik wissen wollen, dann lesen Sie dieses Interview mit Matthias von Bechtolsheim, Director bei der Unternehmensberatung Arthur D. Little.

Technische Kompetenzen für Brennstoffzellen-Fahrzeuge vorhanden

Für die Wertschöpfungskette der Brennstoffzellenfahrzeuge beschreibt Wittler die dafür notwendigen Kompetenzen: "Es wird sehr viel Metallbearbeitung benötigt, aber auch Automatisierung - beispielsweise für automatisierte Montageprozesse - Elektronik und Elektrik und ganz viel Mechatronik. Das sind alles Domänen, in denen wir traditionell in Europa sehr stark sind und somit auch eine gute Wettbewerbsposition gegenüber anderen Produktionsstandorten einnehmen können."

Dazu ergänzt Rauen: "Geht es um die industrielle Produktion der zukünftigen Antriebssysteme, dann können wir auf einer führenden Position aufbauen. Hier spielen die Stärken der unterschiedlichen Industriezweige von Deutschland zusammen wie Maschinenbauer, Automotive-Industrie und Verfahrenstechnik eine wichtige Rolle. Diese werden jetzt mit der Wasserstoffstrategie weiter befeuert."

Bosch-Mitarbeiter steht an einem stack
Wesentlich für den Markt für mobile Brennstoffzellen ist der Stack, der als Herzstück einer Brennstoffzelle Wasserstoff in elektrische Energie wandelt. - Bild: Bosch

Seriell Brennstoff in Energie umwandeln

In einer guten Position ist diesbezüglich die Robert Bosch GmbH, die in den Markt für mobile Brennstoffzellen eingestiegen ist und den Durchbruch der Technik für Lkw und Pkw vorbereitet. Wesentlich dafür ist der Stack, der als Herzstück einer Brennstoffzelle Wasserstoff in elektrische Energie wandelt. Zur Weiterentwicklung und Produktion von Stacks ist Bosch bereits eine Kooperation mit dem schwedischen Hersteller von Brennstoffzellen-Stacks, Powercell Sweden AB, eingegangen.

Die Vereinbarung sieht vor, dass beide Partner den Stack auf Basis der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM) gemeinsam zur Serienreife weiterentwickeln und Bosch in Lizenz die Technik für den weltweiten Automotive-Markt in Serie fertigt. Der Stack ergänzt das Bosch-Portfolio an Brennstoffzellen-Komponenten und soll spätestens 2022 auf den Markt kommen.

H2 in Zukunft ein Milliardenmarkt für die Unternehmen

„Bosch hat im Bereich der Brennstoffzelle ein starkes Blatt auf der Hand – durch die Kooperation mit Powercell jetzt sogar noch einen Trumpf mehr. Technologie zu industrialisieren ist eine unserer Stärken. Das gehen wir jetzt konsequent an und erschließen den Markt“, sagt Dr. Stefan Hartung, Bosch-Geschäftsführer und Vorsitzender des Unternehmensbereichs Mobility Solutions. Für Bosch liegt im Geschäft mit mobiler Brennstoffzellen-Technik langfristig Potenzial in Milliardenhöhe. Bis 2030 werden nach Bosch-Schätzung bis zu 20 Prozent aller Elektrofahrzeuge weltweit mit Brennstoffzellen angetrieben.

Funktion der Fuel Cell - grün erzeugter Strom

In der Brennstoffzelle, von der mehrere zusammengeschaltet den Stack ergeben, reagiert molekularer Wasserstoff mit Sauerstoff. Dabei entsteht Wasser und als 'Überbleibsel' wird elektrische Energie freigesetzt. Diese kann entweder zum Laden einer Batterie im Fahrzeug genutzt werden, oder sie treibt direkt den elektrischen Motor an. Durch das flexible Kombinieren von zwei oder mehreren Stacks kann ein Leistungsportfolio von Pkw bis schweren Lkw abgedeckt werden. Bei der Erstellung von grünem Wasserstoff ist nicht nur diese CO2-frei sondern auch der CO2-Ausstoß der Brennstoffzellen-Fahrzeuge.

Chemische Industrie und Stahlerzeuger sind weitere Profiteure

Laut Matthias von Bechtolsheim, Director bei Arthur D. Little, ist Wasserstoff heute in der Chemieindustrie als Grundstoff schon im Einsatz und grauer Wasserstoff kann durch eine Umstellung in der Produktion durch grünen ersetzt werden. "Die Stahlproduktion kann ebenfalls große Vorteile erzielen durch den Ersatz von H2 für Steinkohlekoks und so die Produktionsprozesse dekarbonisieren", betont er. Zunehmend möchten Stahlunternehmen wie Salzgitter und Thyssenkrupp Steel CO2- Einsparpotenziale realisieren. Genutzt werde die Wasserstoffzufuhr für die Reduktion von Roheisen.

So soll grüner Wasserstoff aus einem Elektrolyseur der RWE Generation Thyssenkrupp Steel Europe künftig helfen, die CO2-Emissionen aus der Stahlherstellung zu senken. Nach Möglichkeit soll bis Mitte des Jahrzehnts der erste Wasserstoff in Richtung des Duisburger Stahlwerks strömen. Das für die Roheisenproduktion benötigte H2 soll auf dem Weg der Elektrolyse hergestellt werden. Die Unternehmen sind sich einig, dass für den Betrieb der Elektrolyseure ausschließlich Strom aus Erneuerbaren Energien verwendet werden soll.

Die vielen Farben des H2

  • Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen stammt und damit CO2-frei ist.
  • Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und CO2 umgewandelt (Dampfreformierung). Das CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO2.
  • Blauer Waserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (engl. Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als CO2-neutral betrachtet werden.
  • Türkiser Wasserstoff wird über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs. - Quelle: BMBF

Im Elektrolyt als Gas steckt die Energie

An ihrem Kraftwerkstandort in Lingen plant RWE bereits den Bau von Elektrolysekapazitäten, mit denen grüner Wasserstoff für die Roheisenerzeugung von Deutschlands größtem Stahlhersteller bereitgestellt werden könnte. Ein 100-MW-Elektrolyseur könnte pro Stunde 1,7 Tonnen gasförmigen Wasserstoffs erzeugen. Das entspricht in etwa 70 Prozent des Bedarfs des beim Duisburger Stahlersteller für den Einsatz von Wasserstoff vorgesehenen Hochofens.

Damit stünden rechnerisch rund 50.000 Tonnen klimaneutraler Stahl zu Verfügung. Bis 2022 soll die Umstellung des Aggregats umgesetzt werden - als erste wichtige Etappe eines grundlegenden Transformationsprozesses, an dessen Ende die gesamte Stahlproduktion klimaneutral sein soll.

Aktuell gebe es im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) auch Förderaufrufe zur Marktaktivierung von Abfallentsorgungsmaschinen, Kehrmaschinen und Flurförderzeugen.

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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Thema Wasserstoff der deutschen Industrie und darin vor allem für dem Maschinen- und Anlagenbau in die Karten spielt. Die allgemeine Entwicklung zur Abkehr von fossilen Brennstoffen hin zur Brennstoffzellen-Technologie sollte somit für die Branche nicht als Nachteil, sondern als Chance gesehen werden, beispielsweise für Elektrotechnik, Fertigungstechnik oder Automatisierungstechnik.

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