Projekte und Akteure – Forschung und Wirtschaft setzen auf Verbundprojekte für Innovationen im Klimaschutz

Mit drei Wasserstoff-Leitprojekten leistet auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) einen zentralen Beitrag zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie. Entstanden sind sie im Ergebnis eines Ideenwettbewerbs. Das BMBF unterstützt Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft mit Fördermitteln von insgesamt etwa 740 Millionen Euro.

An den Wasserstoff-Leitprojekten H₂Giga, H₂Mare und TransHyDe beteiligen sich mehr als 240 Partner. So treibt das Leitprojekt H₂Giga die Industrialisierung der Wasserelektrolyse zur Herstellung von Grünem Wasserstoff voran. Die Projektpartner entwickeln für die Herstellung von Elektrolyseuren Fertigungstechnologien, Automatisierung, Digitalisierung und Methoden zur Qualitätskontrolle, so dass die heute noch überwiegende Fertigung mit geringer Automatisierungstiefe in eine industrielle Serienproduktion überführt werden kann.

An dem Leitprojekt sind die führenden Hersteller dieser Technologie beteiligt, wie Siemens Energy, Linde, MAN Energy Solutions, Thyssenkrupp und das sächsische Sunfire. Von wissenschaftlicher Seite arbeiten renommierte Universitäten und Forschungseinrichtungen, darunter die RWTH Aachen University, zahlreiche Fraunhofer-Institute sowie Institute der Helmholtz-Gemeinschaft und der Max-Planck-Gesellschaft, an den Themen Materialforschung, Lebensdauer und Zelltests, Recycling, Fertigungstechnologien und Digitalisierung. Insgesamt ist für diese Aktivitäten eine Fördersumme von etwa 500 Millionen Euro vorgesehen.

• »Fit-4-AMandA – Future European Fuel Cell Technology: Fit for Automatic Manufacturing and Assembly«
• »Massenproduktion von MEAs durch schnelle Druck- und Beschichtungsprozesse« (MAMA-MEA)
• »TAHYA – Tank Hydrogen Automotive«
• GrInHy2.0 – Green Industrial Hydrogen

Das »IPCEI Wasserstoff« – ausformuliert »Important Project of Common European Interest« – ist eines der größten europäischen Förderprojekte. Das Vorhaben von gemeinsamen europäischen Interesse, verspricht einen wichtigen Beitrag zu Wachstum, Beschäftigung und Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie und Wirtschaft.

62 Großprojekte wurden aus mehr als 200 Projektskizzen durch die Bundesregierung ausgewählt. Die beiden sächsischen Projekte haben die dringend benötigte großskalige Produktion von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen zum Ziel sowie die zeitnahe Anbindung der Region Leipzig an ein »Deutsches Wasserstoffstartnetz«.

IPCEI Wasserstoff-Projekte aus Sachsen

H2-SARA Gigawatt-Produktion von Elektrolyseuren, Brennstoffzellen und Komponenten in Sachsen für Europa

Am Leuchtturmprojekt H2-SARA beteiligen sich vier sächsische Unternehmen mit mehr als 2.000 Arbeitsplätzen: Sunfire aus Dresden, Voith aus Zschopau, WätaS aus Olbernhau und Vitesco Technologies mit dem Standort Limbach-Oberfrohna. Ziel des Projektes ist es, Fertigungskapazitäten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen aufzubauen.

LHyVe Leipzig Hydrogen Value chain for Europe / Grüner Wasserstoff-Ring für die Region Leipzig

Das Verbundvorhaben LHyVE – Leipzig Hydrogen Value chain for Europe / Grüner Wasserstoff-Ring für die Region Leipzig hat das Ziel, ein intelligentes, regional vernetztes Wasserstoffsystem mit einer effizienten Sektorkopplung aufzubauen und an die europäische Wasserstoff-Infrastruktur anzubinden.

Dabei soll im Sinne eines Technologieschaufensters in der Region Leipzig die gesamte Wertschöpfungskette von der Erzeugung über den Transport bis hin zum Einsatz realisiert und mit europäischen Projekten, Städten und Kommunen vernetzt werden. Initiatoren dieses Projektes sind die Leipziger Gruppe, Ontras, die EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH und VNG.

Die H2-Forschungsallianz bündelt und koordiniert die Aktivitäten der Exzellenzuniversität TU Dresden im Bereich der Wasserstoffforschung. Dabei kooperieren die Wissenschaftler der Professur Wasserstoff- und Kernenergietechnik mit zahlreichen Kollegen aus anderen Fachbereichen und Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen.

Sie betreiben sowohl Grundlagen- als auch anwendungsorientierte Forschung, mit Schwerpunkten im Bereich der Mobilität und der Kraftwerkstechnik. Die Sicherheitstechnik sowie die Risikoforschung umfassen als übergeordnete Themen dabei alle Forschungsbereiche. Ein Ziel der H2-Forschungsallianz ist es, Forschungsergebnisse und Erkenntnisse in die Wirtschaft zu übertragen.

Die Professur für Energieverfahrenstechnik beispielsweise beteiligt sich im H2Giga-Verbund »Sinewave« an der Entwicklung von effizienteren Protonenleitenden Membran(PEM)-Elektrolysesystemen. Partner in diesem Forschungsprojekt sind ebenfalls Linde AG und ITM Linde Electrolysis GmbH sowie das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Das Institut für Automobilforschung an der TU Chemnitz, insbesondere auch die Professur für Alternative Fahrzeugantriebe, unterstützt die Suche der Automobilindustrie nach neuen, innovativen Antriebskonzepten. Ziel ist es, Systeme zu entwickeln, die auf der einen Seite den Wunsch nach gewohnter Mobilität mit ihren Leistungs- und Komfortmerkmalen befriedigen, auf der anderen Seite aber auch den Anforderungen an höchste Effizienz und geringste Emissionen gerecht werden

Forschungsschwerpunkte sind unter anderem Betriebsstrategien/Energiemanagement, Charakterisierung von Komponenten alternativer Antriebssysteme oder Produktionsprozesse für Komponenten. Lehrstuhlinhaber Prof. Dr.-Ing. Thomas von Unwerth ist zugleich Vorstandsvorsitzender des Sächsischen Innovationsclusters für Brennstoffzellen und Wasserstoff HZwo e. V.

»Wir forschen am Energienetz der Zukunft!«, wirbt die TU Bergakademie Freiberg für das Studium in der Bergstadt. Die Ressourcenuniversität arbeitet interdisziplinär und in einer Vielzahl von Projekten an Wasserstofftechnologien. So gehört die TU Bergakademie Freiberg zu den Partnern von H2Giga, einem der drei Wasserstoff-Leitprojekte des BMBF.

Denn parallel zur Entwicklung der Serienfertigung von Elektrolyseuren, in denen Wasser mittels Strom zerlegt wird, stellt sich auch die Frage nach deren Recycling nach dem Ende ihrer Nutzungsdauer. Das lohnt sich, denn Elektrolyseure enthalten große Mengen wertvoller Rohstoffe, wie seltene Erden, Edel- und Technologiemetalle. Im an der TU Bergakademie Freiberg koordinierten H2Giga-Projekt »Recycling – nachhaltige Ressourcennutzung« untersucht das Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik gemeinsam mit dem Institut für Keramik, Feuerfest und Verbundwerkstoffe der TU Bergakademie und dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie sowie zehn weiteren Projektpartnern Möglichkeiten für das mechanische Recycling demontierter Elektrolyseure.

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwendungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden und Hermsdorf (Thüringen) ergeben gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut Europas.

Mit seiner umfassenden Kompetenz und seinen zahlreichen spezialisierten Standorten und technischen Einrichtungen ist das Fraunhofer IKTS ein europaweit führender Partner für Forschungsthemen über die gesamte Nutzungskette heutiger und künftiger Wasserstofftechnologien.

So hat das IKTS jahrzehntelange Erfahrung in Entwicklung und Bau elektrochemischer Reaktoren zur Herstellung und Nutzung von Wasserstoff. Daher gehört die industrielle Elektrolyse zu den wichtigen Forschungsbereichen.

Auch Projekte zu Speicherung und Transport von Wasserstoff unterstützt das IKTS mit seiner werkstoffwissenschaftlichen Expertise sowie Mess- und Prüftechnik für die Überwachung von Tanks und Pipelines. Das Fraunhofer-Institut arbeitet zudem an Technologien zur Wasserstoffnutzung – von der Umwandlung von Wasserstoff in chemische Energieträger oder Grundchemikalien, über die Rückverstromung in Brennstoffzellen bis hin zur direkten energetischen Nutzung in thermischen Prozessen oder der Stahlindustrie.

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM ist eine der europaweit bedeutendsten unabhängigen Forschungseinrichtungen auf den Gebieten Klebtechnik, Oberflächen, Formgebung und Funktionswerkstoffe. Einer der Standorte des IFAM befindet sich in Dresden.

Im Bereich der Wasserstofftechnologien entwickelt das IFAM innovative Werkstoffe, Fertigungstechnologien und Systemkomponenten – unter anderem Katalysatoren, Elektroden, Beschichtungsverfahren und Zelldesigns für alkalische Elektrolyse (AEL) und Anionenaustauscher-Membran-Elektrolyse (AEM).

Zum Portfolio gehören zudem Metallhydrid-Feststoffspeicher, thermochemische Wasserstoff-Kompressoren sowie Füllstandsensoren, wasserstoffspeichernde »Powerpaste«, Geräte zur bedarfsgerechten Wasserstofferzeugung mittels Hydrolyse-Reaktionen und Brennstoffzellen-Energiesysteme.

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hat sich auf Forschung und Entwicklung im Bereich der Produktionstechnik spezialisiert. 660 hochqualifizierte Mitarbeitende an den Standorten Chemnitz, Dresden, Leipzig, Zittau/Görlitz und Wolfsburg erschließen Potenziale für die wettbewerbsfähige Fertigung in vielen Branchen und vom Bauteil über Verfahren und Prozesse bis hin zur kompletten Fabrik.

Das große Potential von Wasserstoff haben sie schon früh erkannt und die TaskForce »Wasserstoff@IWU« ins Leben gerufen. Das Fraunhofer IWU ist in diesem Bereich an vielen Projekten maßgeblich mit beteiligt. Das Fraunhofer IWU betreibt gemeinsam mit 20 industriellen Partnern die Referenzfabrik.H2 für Brennstoffzellen- und Elektrolyseur-Produktionsowie die FRHY – Referenzfabrik für hochratenfähige Elektrolyseurproduktion im Wasserstoff-Leitprojekt »H2Giga« der Bundesregierung.

Das umfasst zunächst die Herstellung, die Speicherung und den Transport von Wasserstoff, betrifft die Auswahl der Produktionsmaterialien und -verfahren und mündet in der grundlegenden Erneuerung von Antriebskonzepten und der Verbesserung der Infrastruktur. Das Fraunhofer IWU unterstützt auf diese Weise einen positiven Strukturwandel, damit neue und attraktive Arbeitsplätze in Industrie, Handwerk und Dienstleistung entstehen können.

Das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS ist der Spezialist für Smart Systems und deren Integration für unterschiedlichste Anwendungen. Im Großforschungsprojekt Referenzfabrik befasst sich das Institut mit der Qualifizierung des digitalen Inkjet-Druckverfahrens zur Herstellung von Catalyst Coated Membranen (CCM), einer zentralen Komponente von Elektrolyseuren. Ziel ist es, die Produktivität zu steigern und eine industrielle Prozessgeschwindigkeit zu erreichen. Zugleich sollen die Herstellungskosten um 30 Prozent verringert werden.

Eines der Leitprojekte, in welchem sich das Fraunhofer ENAS engagiert, ist das Vorhaben H2Giga-FRHY. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Sein Ziel ist es, leistungsfähige, kostengünstige und serientaugliche Elektrolyseure zu entwickeln, damit die Elektrolyse-Kapazität Deutschlands bis 2030 deutlich gesteigert werden kann. Auch neuartige Katalysator-Tinten vom Fraunhofer ENAS, die mit Inkjet-Druckverfahren verarbeitet werden können, ermöglichen eine deutlich höhere Effizienz bei der Herstellung von Wasserstoffsystemen.

Unsere Mission bei Sunfire ist es, fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energie zu ersetzen. Unsere innovativen Elektrolyseure ermöglichen Industriekunden, ihre Wertschöpfungsketten zu dekarbonisieren – insbesondere auch in jenen Bereichen, in denen die CO₂-Emissionen besonders groß sind und die nicht direkt elektrifiziert werden können.

(Nils Aldag CEO und Gründer Sunfire GmbH)

Die Mission von Sunfire ist es, fossile Brennstoffe vollständig durch erneuerbare Energie zu ersetzen. Dazu will das 2010 gegründete Unternehmen Strom aus erneuerbaren Energiequellen in grünen Wasserstoff oder in Synthesegas umwandeln.

Für die effektive Dekarbonisierung des Industrie-, Verkehrs- und Energiesektors setzt Sunfire auf die erprobte Druck-Alkali-Technologie sowie auf Hochtemperatur-Festoxidzellenelektrolyseure (SOEC). Damit wird aus Strom und Wasserdampf grüner Wasserstoff. Sunfire beschäftigt über 650 Mitarbeitende an Standorten in Deutschland, Norwegen und der Schweiz.

Die ITM Linde Electrolysis (ILE) GmbH ist ein Gemeinschaftsunternehmen von ITM Power und Linde Engineering. Gegründet wurde das Joint Venture wurde im Januar 2020. Linde ist ein führendes Industriegase- und Engineering-Unternehmen.

ITM Power ist ein führender Hersteller von PEM-Elektrolyseuren (Proton Exchange Membrane). Die ITM Linde Electrolysis (ILE) GmbH wird sich auf die Bereitstellung von Lösungen für grüne Gase im industriellen Maßstab konzentrieren und dabei die modulare PEM-Elektrolyseur-Technologie von ITM Power und die erstklassige EPC-Expertise von Linde nutzen.

Maßgeschneiderte Lösungen zur Wärmerückgewinnung sind das Kerngeschäft der WätaS Wärmetauscher GmbH aus Olbernhau. Das Unternehmen sieht aber auch im Bereich Wasserstoff attraktive Chancen für die Zukunft und beteiligt sich daher am IPCEI-Leuchtturmprojekt H2-SARA. Es gehört außerdem zu den Projektpartnern des Innovationsclusters HZwo sowie des HIC – Hydrogen Innovation Center Chemnitz.

Wätas befasst sich seit 2015 mit dem Thema Brennstoffzelle. Das Unternehmen aus dem Erzgebirge kooperiert dabei eng mit weiteren Firmen der Region sowie Forschungseinrichtungen wie der TU Chemnitz. Ziel von WätaS ist es, PEM-Brennstoffzellen mit industriellen Verfahren zu kostengünstig zu produzieren. In Olbernhau fertigt WätaS selbst entwickelte metallische Bipolarplatten – die Grundelemente, aus denen Brennstoffzellenstacks bestehen.

Auf dem »Kongress der Wasserstoffantriebe 2024« in Chemnitz präsentiert die WätaS Fuel Cell Saxony GmbH auch eine selbst entwickelte Brennstoffzelle aus Sachsen. Damit will das Unternehmen die Zukunft der sauberen Energie vorantreiben und einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Mobilität leisten.

Automobilzulieferer Vitesco Technologies macht mit intelligenten Systemen und Komponenten für Elektro-, Hybrid- und Verbrennungsmotoren Antriebe sauber, effizient und bezahlbar. Das Produktportfolio umfasst elektrische Antriebe, elektronische Steuerungen, Sensoren und Aktuatoren sowie Innovationen zur Abgasnachbehandlung.

Das Unternehmen hat über zehn Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Hybrid- und elektrischen Antriebssystemen. Vitesco Technologies erzielte 2023 einen Umsatz von 9,23 Milliarden Euro und beschäftigt rund 35.500 Mitarbeiter an rund 50 Standorten.

FAE Elektrotechnik GmbH & Co. KG Dresden bietet seit 1992 maßgeschneiderte Lösungen im Bereich der Elektrotechnik.

Um einen Beitrag zur nachhaltigen Nutzung vorhandener Ressourcen zu liefern, beschäftigt sich das unternehmen mit der Entwicklung effizienter Energieversorgungssysteme auf der Grundlage von erneuerbaren Energien. So beteiligt sich das Unternehmen im Projekt HZwo:SYS an der Entwicklung eines emissionsfreien und skalierbaren Energieversorgungsystems, das Brennstoffzellen und Batterien in einem Hybridsystem kombiniert.

Die EBZ Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft Brennstoffzelle mbH entwickelt seit mehr als zehn Jahren Testsysteme und Komponenten für Hochtemperaturbrennstoffzellen.

Das Unternehmen integriert zudem Brennstoffzellen und Balance of Plant (BOP)-Komponenten zu kundenorientierten und hocheffizienten Energieumwandlungssystemen, die sich hervorragend für die zukünftige dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung eignen. Aufgrund der umfangreichen Erfahrung mit Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) ist die EBZ GmbH einer der führenden industriellen Lieferanten für Prüfstände in diesem Bereich.

Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Leipzig, 1991 aus den gastechnischen Abteilungen des Deutschen Brennstoffinstituts Freiberg (DBI) hervorgegangen, ist eine Forschungseinrichtung des DVGW Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V. Ihr Tochterunternehmen, die DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg, beteiligt sich an zahlreichen Forschungsprojekten zur gesamten Versorgungskette gasförmiger Energieträger, seit 2005 auch zur Integration von Grünem Wasserstoff.

Die ONTRAS Gastransport GmbH betreibt Deutschlands zweitlängstes Ferngasnetz mit über 7.700 Kilometern Leitungslänge und rund 450 Netzkopplungspunkten. Das Unternehmen vereint als verlässlicher Partner die Interessen von Transportkunden, Händlern, regionalen Netzbetreibern und Erzeugern regenerativer Gase. 23 Biogasanlagen und zwei Power-to-Gas-Anlagen speisen grüne Gase (Biomethan, synthetisches Methan bzw. Wasserstoff) ins ONTRAS-Netz ein.

Das Unternehmen unterstützt gemeinsam mit Automobilherstellern, Infrastrukturbetreibern, Fachverbänden und Biogaserzeugern den Ausbau der CNG-Mobilität, besonders im Bereich Lkw/Busse. Im Einsatz von CNG im Mobilitätssektor sieht ONTRAS eine wirtschaftliche Möglichkeit, CO₂-Emissionen effektiv zu reduzieren und nachhaltige Mobilitätskonzepte kurzfristig umzusetzen.

Als Betreiber des Fernleitungsnetzes in den neuen Bundesländern treibt ONTRAS parallel die Transformation des Netzes und den Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur mit voran. 1100 Kilometer Leitungen sollen Teil des deutschlandweiten Kernnetzes werden. Im ersten Schritt sollen in Mitteldeutschland 600 Kilometer Wasserstoffleitung realisiert werden.

Die VNG AG ist ein europaweit aktiver Unternehmensverbund für Gas und Gasinfrastruktur mit einer über 60-jährigen Erfahrung im Energiemarkt. Der Konzern mit Hauptsitz in Leipzig beschäftigt knapp 1.700 Mitarbeiter und erzielte im Geschäftsjahr 2023 rund 23 Milliarden Euro Umsatz. Das Unternehmen steht als Gasimporteur und Großhändler sowie als Betreiber von kritischer Gasinfrastruktur für eine sichere Versorgung mit Gas in Deutschland.

Entlang der Gaswertschöpfungskette konzentriert sich VNG auf die vier Geschäftsbereiche Handel und Vertrieb, Transport, Speicher, sowie Biogas. Ausgehend von dieser Kernkompetenz richtet VNG mit der Strategie »VNG 2030+« den Fokus zunehmend auf neue Geschäftsfelder. Dazu gehört auch die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft.