Wissen und Wachstum

Tilman Weber

Noch stehen die ersten Ausschreibungen für die Erzeugung grünen Wasserstoffs und für eine Speicherung grünen Wasserstoffs zur späteren Rückverstromung in Deutschland aus. Erstmals am 15. Dezember wird die Bundesnetzagentur (BNetzA) nach den neuen Paragrafen 39o und 39p im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) insgesamt 1,2 Gigawatt (GW) Wasserstofferzeugungs- und Wasserstoffrückverstromungsleistung mit Vergütungstarifen bezuschlagen. Die Zuschläge werden sich verteilen auf „innovative Konzepte mit wasserstoffbasierter Stromspeicherung“ mit einem Volumen von 400 Megawatt (MW) und auf sogenannte Sprinterkraftwerke – oder wie es eben im EEG heißt: „Anlagen zur Erzeugung von Strom aus grünem Wasserstoff“ mit einem Volumen von 800 MW. Die Sprinterkraftwerke sollen bei zu wenig Strom im Netz aufgrund schwachen Windes oder schwacher Sonneneinstrahlung rasch grünen Wasserstoff emissionsfrei rückverstromen.

Jährlich bis 2028 wird die BNetzA das Ausschreibungsvolumen für die Elektrolyse der Wasserstoffspeicher um zuerst 200, dann 100 MW erhöhen. Bei den Sprinterkraftwerken nehmen die Zuschläge jährlich bis 2026 um 200 MW zu. Die daraus wachsende Elektrolyseleistung wird somit bestenfalls 4,5 GW erreichen, knapp die Hälfte der von der Bundesregierung im vorigen Jahr auf 10 GW bundesweiter Elektrolyseleistung erhöhten Zielsetzung fürs Jahr 2030.

Doch unabhängig von den Ausschreibungen und ermutigt durch staatliche Fördertöpfe sowie durch einen starken Bedarf der Industrie, ihren Energieverbrauch zu dekarbonisieren, entstehen bereits vor dem Startschuss durch die Tender die ersten großen Elektrolyse-Pilotprojekte. So legen Akteure der gerade entstehenden deutschen Wasserstoffindustrie schon heute mit teils sehr großen eigenen Projekten vor. Sie entwickeln Angebote und Elektrolyseanlagen, die mit Solar- und Windstrom den grünen Wasserstoff erzeugen, mit dem wiederum große oder mittelständische Industrieunternehmen rasch ihren CO₂-Fußabdruck verkleinern können.

Beispiel Hydroxy Hub Walsum: Auf dem Kraftwerksgelände des früheren Essener Stadtwerke-Energiekonzerns Steag in Duisburg Walsum will die neue Steag-Energiewende- und Projektentwicklungstochter Iqony bis 2026 als Projektentwickler eine Elektrolyse-Großanlage mit bis zu 520 MW in Betrieb nehmen. Die möglicherweise mit Direktstromlieferverträgen von Windparks oder Photovoltaikfeldern betriebene Wasserstofferzeugungsanlage soll den emissionsfreien Energieträger durch Röhren unter anderem ins zwei Kilometer südlich gelegene Thyssenkrupp-Stahlwerk im Stadtteil Bruckhausen liefern. Dort wird der Stoff eine Direktreduktionsanlage für die Stahlherstellung mit der notwendigen Prozessenergie versorgen. Schon heute hat eine Thyssenkrupp-Tochter, die Elektrolyseure herstellt, dort im Werk eine 2-MW-Testanlage in Betrieb genommen. Iqony hofft auf einen Zuschuss aus dem Inno-Fund-Förderprogramm der Europäischen Union für das 650-Millionen-Euro-Projekt. Die Investitionsentscheidung steht wohl zeitnah bevor.

Ein weiteres Wasserstoffprojekt Iqonys mit dem ähnlichen Namen Hydroxy Hub Fenne im saarländischen Völklingen zielt auch auf mittelständische örtliche Industrieunternehmen als Abnehmer. Genauso könnte die ebenfalls für 2026 geplante Iqony-Anlage mit 53 MW dort die örtliche Stahlindustrie versorgen, die den Koks bei der Roheisenproduktion ersetzen könnte, oder Tankstellen zur Versorgung von Brennstoffzellen-Autos. Auch eine Nutzung der Elektrolyse-Abwärme für die Fernwärmeversorgung steht auf dem Prüfauftrag der Entwickler. Das Projekt ist durch das Förderprogramm der Bundesregierung als Reallabor der Energiewende ausgewählt, möglicherweise kommt aus der Europäischen Union noch ein Förderimpuls. Ende 2022 war die Iqony GmbH durch eine Teilung der ehemaligen Steag in das Kraftwerksbetriebsunternehmen Steag Power und in die neue Entwicklungssparte Iqony entstanden (siehe Interview Seite 58).

Foto: Daniel Reinhardt/HAW

Foto: Daniel Reinhardt/NRL

Die Größenordnungen der für dieses Jahrzehnt in Deutschland und erst recht global geplanten Elektrolyseanlagen erreichen noch selten, aber doch zunehmend häufiger auch Gigawatt-Niveau. Denn der Bedarf an dem Spaltprodukt aus Wasser ist riesig, weil das inzwischen durch internationale Klimaschutzverträge weltweit verankerte Ziel der Treibhausgasneutralität beziehungsweise einer Carbon-freien Zukunft auch die Energieversorgungssektoren jenseits des Stroms einbezieht. So soll der vielseitige Energieträger Wasserstoff die Prozessenergie für Industrieprodukte wie Stahl oder chemische Grundstoffe liefern, größere und von der Elektromobilität noch nicht einbezogene Fahrzeuge wie Lastwagen oder Schiffe oder später sogar Flugzeuge antreiben, indirekt sogar zur Wärmeversorgung beitragen und nicht zuletzt durch Rückverstromung die Stromeinspeisung trotz der zunehmenden Dominanz der wetterabhängigen Erneuerbare-Energie-Anlagen steuern lassen.

Foto: M. Kolbenstetter - Stadt Cuxhaven

In Deutschland will das Industriebündnis Aqua Ventus bis 2030 eine Elektrolyseleistung von zehn Gigawatt gespeist aus Offshore-Windstrom am besten direkt in den Meereswindparks der Nordsee aufbauen. Ein Konsortium aus Energieversorgern wie EnBW und RWE sowie Hafenbetreibern will in Rostock bis 2025 oder 2026 zuerst eine 100-MW-Elektrolyse starten, um diese bis 2030 auf 1 GW auszuweiten. Eine Elektrolysekooperation in der Region Wilhelmshaven soll dort bis 2030 den Energy Hub Wilhelmshaven mit insgesamt 1,1 GW Elektrolyseleistung entstehen lassen. Die Konzerne Uniper, Onyx und EWE werden bis 2027 davon schon erste 200 MW in Betrieb nehmen. Stahl- und Chemieindustrie werden wichtige Abnehmer in der Nordseestadt sein. Die größten Sammelprojekte weltweit zielen allerdings auf ganz andere Dimensionen: Das Programm Hy Deal Ambition in Westeuropa ist darauf ausgerichtet, bis 2030 sogar 67 GW in Betrieb zu nehmen und damit vorerst den Weltrekord zu erzielen.

Um solche Bündnisse und großräumigen Konzepte aufzustellen, braucht es indes kleine und flexible Vordenke-Unternehmen. Wie Katalysatoren organisieren sie Denk- und Innovationsprozesse bei wichtigen Organisatoren.

Ein solches Unternehmen ist das Hamburg-Berliner Beratungsbüro Cruh21 mit 22 Expertinnen und Experten für Recht, Technik und Wirtschaft sowie Kommunikation. Zusätzlich zu einer Strategie-, Innovations- und Technologieberatung sowie der Bewertung von Konzepten und Businessplänen oder dem Schreiben von Masterplänen beraten die Strategiedienstleistenden auch bei Fördermitteln oder zu wirtschaftlichen Prozessen und organisieren Netzwerkarbeit bis hin zur Verbindung mit den richtigen Partnern. „Effektives Partnering“, nennt dies der Gründer und Geschäftsführer Jimmie Langham (siehe Interview auf Seite 63). Es soll helfen, dass die Projekte „an Dynamik gewinnen“.

2020 hatte sich das Geschäft des Consultingdienstes aus Langhams Einsatz als Mitinitiator und Organisator des Aqua-Ventus-Bündnisses heraus entwickelt. Als Koordinator für Aqua Ventus und kurz darauf auch für das Wasserstoff-Leitprojekt des Bundes Transhyde, das der Entwicklung einer Wasserstofftransportstruktur dient, hatte Langham bereits die ersten zentralen deutschen Wasserstofffördernetzwerke mit vorangetrieben, ehe 2021 Cruh21 offiziell als eigenständiges Unternehmen startete. Auch bei diesen Entwicklungsprojekten waren oder sind die Cruh21-Expertinnen und -Experten beratend dabei: H2 Global, Großelektrolyse Norddeutschland, Sonstiges Energiegewinnungsgebiet SEN-1 – ein Areal in der Nordsee zur Wasserstofferzeugung auf hoher See, Hy Expert Rügen Stralsund, H2@NSC, Masterplan Wasserstoff der Stadt Cuxhaven, Masterplan Offshore Hydrogen North Sea, H2Mare – ebenfalls zur Wasserstofferzeugung auf See, Transhyde und einer Produktionsanlage für grünen Ammoniak.

Dass es Strategieberater und Technologieförderung im Kleinen und Gigawattprojekte zugleich braucht, ist der gestauchten Entwicklung „mit phasenweise zeitgleicher Forschung, Entwicklung und Projektierung statt einer gleichmäßig Fahrt aufnehmenden Entwicklung auf Basis vorangehenden jahrelangen Theoretisierens und Forschens“ zuzuschreiben. So erklärt es Cruh21-Rechtsexpertin Ursula Prall. Das Feinskalieren und eine schnelle Ausdehnung der Elektrolyse auf industrielle Maßstäbe sei nicht in ein und demselben Projekt möglich. Gleichwohl aber muss die Branche wohl zugleich schnell im Ausbau werden, aber auch viel und schnell Technologie erproben. Die Kunst der Organisatoren dieses zweigleisigen Geschäfts, beispielsweise Forschungseinrichtungen oder Consulter, besteht demnach darin, einen Transfer der Erkenntnisse vom einen in den anderen Zielbereich hinzubekommen. Und die getrennt voneinander verlaufenden Projekte zu verzahnen.

Regionale Entwicklungsnetzwerke spielen für diese sich verzahnende Wasserstoffindustrie ebenfalls eine wichtige Rolle. Das lässt beispielsweise der schleswig-holsteinische Energiewende-Branchenverband Watt 2.0 mit seiner Konferenz „Industry Meets Renewables“ an zwei Tagen auf der Messe Husum Wind im September erkennen. Gleich am ersten Tag sprechen darüber auf dem Podium mehrere Organisatoren regionaler Wasserstoffnetzwerke aus Schleswig-Holstein, der Rhein-Main-Ruhr-Großregion, der Lausitz und aus Niedersachsen (siehe Ankündigung Seite 62).

Norddeutsches Reallabor (NRL) heißt ein solches reales Testfeld, um in zahlreichen Pilotprojekten und mit verschiedensten Ansätzen sowohl die Erzeugung als auch die Nutzung des Wasserstoffs anzugehen (siehe Interview unten). Und zugleich testen die NRL-Partner die Wirtschaftlichkeit und die Konzepte ihrer Technologien und Geschäftsideen. Mit seinen 23 Förderpartnern und 30 weiteren assoziierten Partnern entwickelt das Konsortium allerdings keine Einzelkonzepte, sondern testet, wie die unterschiedlichen Technologien sich auf das Energiesystem als Ganzes auswirken. Während das Vorgängerprojekt Norddeutsche Energiewende (NEW 4.0) die Flexibilisierung und Digitalisierung der regionalen Stromerzeugung und Stromversorgung anvisierte, um den Grünstromanteil im Netz sehr schnell und sehr stark erhöhen zu können, geht es nun technisch und konkret um Wasserstoff und die zur Energiewende entscheidende Sektorkopplung. Mehr als 300 Personen arbeiten im NRL-­Verbund mit. Koordiniert wird das Entwicklungsnetzwerk wie schon NEW 4.0 durch die Hamburger Hochschule HAW an deren Kompetenzzentrum CC4E.

Zu den Referenz- und Forschungsanlagen gehören drei Bestandselektrolyseure in Haurup, Brunsbüttel und beim Ölunternehmen H+R Ölwerke Schindler sowie ein 25-MW-Elektrolyseur von Hansewerk, der bis 2025 ans Netz gehen soll. Prominentestes Mitglied ist die Kupferhütte Aurubis. Sie hatte 2021 Vorversuche gestartet, um Wasserstoff in der sogenannten Kupferreduktion einzusetzen. Alle Referenzprojekte von NRL sollen 2025 in Betrieb sein. Auch wenn die Projekte nicht die anderswo angekündigen dreistelligen MW-Kapazitäten abbilden, zielt NRL erklärtermaßen auf raschen Markthochlauf. Immerhin will die Hansestadt Hamburg Anfang 2030 die 1-GW-Grenze der Elektrolyseleistung auf dem Gebiet des Stadtstaates knacken.

Auch die Produktion von ausreichend großen und zunehmend günstigeren und damit erst wettbewerbsfähigen Elektrolyseuren verfolgen die deutschen Entwicklungsprogramme. Diesem Ziel dient H2Giga. Das Leitprojekt nimmt dafür nicht nur die schnelle Herstellung, sondern auch das spätere Recycling und die Fähigkeit der Elektrolyseure und des Materials zu einem flexiblen Betrieb in den Blick. Denn soll Elektrolyse der Energiewende dienen, muss sie sich nach dem wetterabhängig wechselhaften Aufkommen überschüssigen Wind- und Sonnenstroms richten.

Wie stark auch die Elektrolysebauer den Produktionshochlauf in die Gigawatt-Dimension schon selbst vorantreiben, zeigt aktuell beispielsweise die Elektrolyseurbau-Tochter des VW-Energietechnikkonzerns MAN Energy Solutions, die H-Tec Systems in Augsburg. 2021 hatte MAN Energy Solutions die bayerisch-schwäbischen Technologiezulieferer vom schleswig-holsteinischen Erneuerbare-Energien-Unternehmen GP Joule gekauft. Anfang 2022 versprach der Konzern Investitionen von 500 Millionen Euro in die Fertigung von H-Tec Systems. Ziel ist es laut MAN Energy Solutions, so schnell wie möglich einen Großserienhersteller für sogenannte PEM-Elektrolyseure aufzubauen. Im April dieses Jahres fand der erste Spatenstich für eine Produktion von Stacks mit einem Jahresvolumen von 5 GW schon ab 2024 in Hamburg statt. Die Stacks sind die zu Einheiten gebündelten Kernbestandteile der Elektrolyse. Schon im März hatte H-Tec Systems indes die künftige Produktion von 10-MW-Elektrolyseblöcken für künftige Wasserstoffanlagen ab 100 MW zur Nutzung durch Industrieunternehmen angekündigt. Zuletzt produzierte H-Tec Systems 1-MW- und 2-MW-Blöcke, die sich zu 10-MW-Gesamtanlagen montieren lassen.

Leider sind immer noch die Marktregeln des Wasserstoffgeschäfts unklar und die Qualitätssiegel nicht ausreichend definiert. „Regulatorisch sind noch einige Hindernisse zu bewältigen“, urteilt man beispielsweise bei NRL. Der sogenannte „delegierte Rechtsakt der Europäischen Union“ (EU) gibt eine erste Planungssicherheit. Aber noch definiert kein EU-Rechtsrahmen eindeutig, wann Wasserstoff im EU-Marktbereich als grün gilt. Auch dürfte die Wasserstoffindustrie zu Beginn einen Transformationsstrompreis brauchen, um die Wettbewerbsfähigkeit innovativer Unternehmen in der energieintensiven Industrie zu halten, auch wenn Wettbewerber möglicherweise in anderen Ländern viel lieber auf noch billigeren Graustrom zurückgreifen. Klimaschutzverträge könnten hingegen Pionierprojekte und den Markthochlauf absichern. Für Förderprogramme bräuchte es künftig außerdem womöglich noch Experimentierklauseln, um vom derzeitigen Rechtsrahmen nicht behindert zu werden.

Um die Skalierung durch den Markteintritt mit GW- oder Hunderte-MW-Elektrolyseprojekten ohne teure Rückschläge zu meistern, braucht es gute Partner für Beratung und Ingenieursdienste. Die TÜV Nord Group setzt beispielsweise mit der DMT-Gruppe, den EE Energy Engineers oder der Wasserstoffinitiative Hydro Hub mehr als 100 Mitarbeitende im Themengebiet Wasserstoff ein. Elektrolyseurproduzenten, Transporteure, Speicher- und Netzbetreiber, Energieversorger, Kommunen, Investoren und industrielle Endanwender nutzen den Ingenieurdienst- und Beratungsservice. Mit ersten Machbarkeitsstudien, Strategievalidierungen, Kurzgutachten, Investitionsberatungen oder einem Fördermittelmanagement beraten die Ingenieurdienstleister in einer großen Bandbreite an Projekten (siehe Information Seite 61). Kleine Kommunalbetriebe fordern Kurzgutachten an. Industrieunternehmen benötigen die Expertise der TÜV-Nord-Gruppe für zweistellige Millionen-Euro-Projekte wie den Bau von Pipelines, die das besonders flüchtige Gas H₂ ohne Verluste transportieren können. Dabei können die Unternehmen aus der TÜV-Nord-Gruppe kann auf den Vorzug von 20 Jahren Beratungserfahrung für Wasserstoff verweisen. Gerade auch bei internationalen Transportrouten sowie Speicher- und Lagerkapazitäten für Wasserstoff berät das Unternehmen.

Bleibt noch die Frage, ob der hierzulande für eine Energienutzung ohne das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) künftig benötigte grüne Wasserstoff vor allem aus deutscher Produktion in vielen auch dezentralen Anlagen stammt. Oder ob er aus weltweiter Herstellung in sehr, sehr großen Elektrolyseuren fließen und zum Importgut werden wird. Thinktanks verbreiten bereits die angebliche Erkenntnis, dass bis zu 85 Prozent des in Deutschland benötigten Wasserstoffs aus dem Ausland kommen müssen. Die nordrhein-westfälische Erneuerbare-Energien-Organisation LEE NRW hält nun mit einer Studie dagegen. Demnach zeigen Studien übereinstimmend, dass deutscher grüner Wasserstoff schon 2030 in einer Kostenbandbreite von 7 bis 13,5 Cent pro Kilowattstunde zu haben sein werde. Das entspricht aber dem unteren Bereich von zu erwartenden Kosten für den grünen Import-Wasserstoff mit prognostizierten 4,5 bis 20 Cent. Dabei nähmen auch die Erwartungen über vorhandene Elektrolysekapazitäten in Deutschland rasch zu. So reichten die Planungen der Unternehmen für Deutschland gemäß einer Eon-Analyse im Juli 2022 noch für einen Ausbau auf eine bis 2030 in Betrieb gehende Elektrolyse-Gesamtleistung von 5,6 GW. Im Februar 2023 hätten die Planungen aber schon einen Ausbau auf 8,1 GW bis 2030 zum Ziel.

Mit einer Prognose für Importe im Jahr 2050 gibt sich LEE NRW zurückhaltend, verweist aber auf bekannte Studien Dritter. Diese sehen heimische Anteile der Erzeugung von bis zu knapp 60 Prozent als möglich an. 

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