(Berlin) – Die Bundesregierung hat 2021 die Energieforschung mit rund 1,31 Milliarden Euro unterstützt. Die Fördermittel gingen an 6.995 Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekte. 
Auch Wasserstoff stand mit nicht unerheblichen Summen auf der Agenda. Allein an den Wasserstoffleitprojekten, gestartet im Frühjahr 2021, sind 200 Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit drei zentralen Themenfeldern beteiligt. Dabei erhielten 326 Vorhaben rund 48,64 Millionen Euro. Zudem hat das Bundesforschungsministerium (BMBF) im vergangenen Jahr im Rahmen dieser Leitprojekte weitere 328 Vorhaben mit einem Fördermittelansatz von rund 688,48 Millionen Euro neu bewilligt. Außerdem wurden internationale Projekt- und Forschungskooperationen geschlossen. Dies geht aus dem jüngsten Bundesbericht zum 7. Energieforschungsprogramm hervor. Wir stellen einige Kernprojekte aus dem 100 Seiten umfassenden Papier vor.
Leitprojekt H2Giga: Serienmäßige Herstellung großskaliger Elektrolyseure
Um Deutschlands Bedarf an grünem Wasserstoff zu decken, sind große Kapazitäten an effizienten, robusten und kostengünstigen Elektrolyseuren notwendig. Zwar seien bereits leistungsfähige Geräte am Markt – allerdings erfolge ihre Herstellung noch immer größtenteils in Handarbeit, heißt es in der Projektbeschreibung. Das sei zeitaufwändig und kostenintensiv. 
H2Giga untersucht Technologien für die serielle Produktion von Elektrolyseuren: für die PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane), die alkalische Elektrolyse (AEL) und die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTEL). Zudem solle die edelmetallfreie und hocheffiziente Elektrolyse mit anionenleitender Membran (AEM) weiterentwickelt werden. In dem Projekt werden von 2021 bis 2025 insgesamt 115 Partner mit 449,2 Millionen Euro gefördert, weitere Projekte sind noch in der Antragsphase. Zur Verfügung stehen 500 Millionen Euro.
Leitprojekt H2Mare: Offshore-Wasserstofferzeugung
Windräder produzieren auf See mehr und regelmäßiger Strom als an Land. H2Mare erforscht, wie ohne Netzanschluss und mithilfe von Offshore-Anlagen grüner Wasserstoff 
auf hoher See erzeugt werden kann. Die direkte Kopplung von Windrad und Elektrolyseur zur Wasserstoffproduktion spart Kosten und entlastet das lokale Stromnetz. Neben der Offshore-Wasserstoff-Erzeugung will H2Mare zudem die Offshore-Herstellung der Power- to-X-Produkte Methan, Methanol, Ammoniak sowie synthetische Kraftstoffe (eFuels) erforschen, außerdem die Elektrolyse mittels Meerwasser. Der Bund fördert die 32 daran beteiligten Partner im Zeitraum von 2021 bis 2025 in vier Verbünden mit 45 Vorhaben mit 104,5 Millionen Euro.
Leitprojekt TransHyDE: Lösungen für den Wasserstofftransport
TransHyDE testet Möglichkeiten des Transports von Wasserstoff. Bisher sei allerdings noch unklar, welche Lösung am besten wo und in welchem Umfang eingesetzt werden sollte, so
der Forschungsbericht. Infrage kämen beispielsweise der Transport in Hochdruckbehältern, der Flüssigtransport, der Transport in bestehenden und neuen Gasleitungen sowie der Transport von in Ammoniak oder dem Trägermedium LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) gebundenen Wasserstoffs.
Um die Integration dieser Technologien in das Energiesystem zu beschleunigen, stößt dieses Leitprojekt einen eigenen Prozess zur Erstellung einer Roadmap an. TransHyDE betrachtet „neben Standards und Normen sowie Sicherheitsmerkmalen, Materialien, Werkstoffen und Sensorik von Transporttechnologien zusätzlich den Rahmen für eine künftige Wasserstoffinfrastruktur“. Zuwendungsempfänger sind 84 Partner in zehn Verbünden mit 105 Vorhaben. Die Fördermittel für den Zeitraum von 2021 bis 2025 betragen 134,8 Millionen Euro.
Reallabore für Projekte
Während die Leitprojekte daran arbeiten, grundsätzliche Erkenntnisse über Technologien zu gewinnen, erproben die „Reallabore der Energiewende“ demgegenüber gezielt konkrete lokale und regionale Projekte im realen Umfeld und im industriellen Maßstab. Sie beschleunigten Innovationen, „indem sie die Lücke zwischen Forschung und energiewirtschaftlicher Praxis schließen“, heißt es in der Bilanz: gleichsam „die Generalprobe vor der Markteinführung“. Mittlerweile haben insgesamt zehn Reallabore ihre Arbeit aufgenommen, sechs davon starteten 2021, fünf davon wiederum im Bereich „Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien“.
H2-Wyhlen: Infrastruktur für grünen Wasserstoff
H2-Wyhlen wird für fünf Jahre im baden-württembergischen Grenzach-Wyhlen die Infrastruktur für grünen Wasserstoff ausbauen und erproben. Das Forschungskonsortium erweitert eine bestehende „Power-to-Hydrogen-Anlage“ der EnBW-Tochter Energiedienst um fünf Megawatt elektrischer Leistung und testet diese unter realen Bedingungen. Das Reallabor startete am 1. Januar 2021. Beteiligt sind das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW), die Dialogik gGmbH und die Messer Industriegase GmbH.
Norddeutsches Reallabor: CO2-Ausstoß senken
Die 17 Projektpartner wollen wirtschaftliche Impulse in Norddeutschland auslösen. Ziel des Verbundvorhabens ist es, zu erproben, wie CO2-Emissionen in der Region bis 2035 um 75 Prozent gesenkt werden können. Mit den im Projektzeitraum geplanten Arbeiten sollen 350.000 bis 500.000 Tonnen CO2 pro Jahr eingespart und Produktions- und Lebensbereiche mit hohem Energieverbrauch dekarbonisiert werden.
Einen Beitrag hierzu leisten unter anderem acht Elektrolyseure mit einer Wasserstofferzeugungskapazität von 42 Megawatt. Sie sollen dazu dienen, fossile Energieträger in industriellen Prozessen durch Wasserstoff und seine Derivate zu ersetzen. Im Mobilitätssektor werden laut Projektseite mehrere Wasserstofftankstellen und über 200 Fahrzeuge in unterschiedlichen Nutzungsszenarien erprobt werden. Der großskalige Ansatz verleiht dem Projekt einen überregionalen Modellcharakter für wasserstoffbasierte Sektorkopplung in Deutschland und Europa. (Fördermittelansatz: 52,3 Millionen Euro, Projektlaufzeit: 2021 bis 2026).
Bad Lauchstädt: Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff
Das Reallabor „Energieparks Bad Lauchstädt“ will in Sachsen-Anhalt in drei Projektschritten die Erzeugung, Speicherung, den Transport und wirtschaftlichen Einsatz von grünem Wasserstoff untersuchen, um Mitteldeutschland zu einer „Wasserstoff-Modellregion“ zu entwickeln, wie es heißt. 
Dabei soll die gesamte Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff abgebildet werden. Der Strom aus einem neu zu errichtenden Windpark wird in einer Großelektrolyseanlage mit einer Leistung von rund 30 Megawatt genutzt. Eine umzuwidmende 20 Kilometer lange Gasleitung versorgt die chemische Industrie im nahe gelegenen Leuna. Zudem starten die Vorarbeiten für die ab 2026 vorgesehene Speicherung des Gases in einer eigens dafür ausgestatteten, knapp 180 Meter hohen Salzkaverne. Die Förderung beträgt rund 34 Millionen Euro, die Gesamtinvestitionen belaufen sich den Angaben zufolge auf rund 140 Millionen Euro.
H2Stahl: Effizienz steigern
In 13 Hochöfen produziert Deutschland jährlich rund 27 Millionen Tonnen Roheisen, mit denen rund 70 Prozent des deutschen Stahls erzeugt werden. Pro Tonne stoßen sie dabei durchschnittlich 1.530 Kilogramm CO2 aus. Das entspricht fast den Emissionen, die beim Betrieb eines Pkw über ein Jahr anfallen, so die Projektseite.
Moderne Hochöfen seien jedoch bereits so effizient, „dass die CO2-Emissionen beim klassischen Betrieb mit kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln technisch nicht mehr nennenswert gesenkt werden können“. Das Klimagas entsteht prozessbedingt, wenn sich der Sauerstoff aus dem Erz mit dem Kohlenstoff aus der Kohle verbindet, um das reine Eisen zu gewinnen. Als Schlüssel gilt grüner Wasserstoff. 
In Duisburg wird dieses Potenzial im Hochofen 9 von Thyssenkrupp Steel nun schrittweise in die industrielle Praxis überführt. Im Reallabor H2Stahl erproben die Projektpartner, wie der Umstieg auf nachhaltige Technologien in der Stahlherstellung gelingen kann. Eine eigens gebaute Pipeline liefert den benötigten Wasserstoff. Das Konsortium analysiert, wie sich Wasserstoff als Reduktionsmittel im laufenden Betrieb verhält und wie sich der Prozess dadurch weiter optimieren lässt. „Grünen Wasserstoff einzusetzen, könnte laut Modellrechnungen die CO2-Emissionen am Hochofen um etwa 20 Prozent senken.“
Westküste 100: Erzeugung, Transport, Speicherung
Im Reallabor „Westküste 100“ in Schleswig-Holstein wird im industriellen Maßstab die Erzeugung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, dessen Transport im Gasnetz sowie Speicherung in Kavernen erforscht und entwickelt. Beteiligt sind zehn Unternehmen, überdies die Entwicklungsagentur Region Heide und die Fachhochschule Westküste.
In der ersten Phase errichtet ein neu gegründetes Joint Venture „H2 Westküste GmbH“ einen 30-Megawatt-Elektrolyseur. Dieser werde mittels Strom aus Offshore-Windenergie grünen Wasserstoff produzieren und dabei Erkenntnisse zu Betrieb, Wartung, Steuerung und Netzdienlichkeit der Anlage liefern.
Der Energieträger wird in den bestehenden Prozess der Raffinerie Heide eingebunden und soll grauen Wasserstoff ersetzen. Außerdem würde ein Teil davon über eine neu zu errichtende Pipeline zu den Stadtwerken Heide zur Einspeisung in das Erdgasnetz transportiert. In einem weiteren Schritt werde eine Wasserstofftankstelle beliefert. Die Ergebnisse des Projekts dienen als Grundlage für den Bau einer 700-Megawatt-Elektrolyse-Anlage. Die Investitionskosten betragen insgesamt 89 Millionen Euro, das bewilligte Fördervolumen zum Projektstart beläuft sich auf 30 Millionen Euro.
Technologieoffensive Wasserstoff
Überdies haben das BMBF und das BMWK im vergangenen Jahr Forschungsinitiativen aufgelegt, um die Chancen für den Klimaschutz, zukunftsfähige Arbeitsplätze und neue Wertschöpfungspotenziale – etwa die Exportindustrie – zu heben. Die Basis des nationalen und internationalen Markthochlaufs wird durch eine Reihe von Einzelprojekten gelegt. Dazu wurde im Jahr 2021 die „Technologieoffensive Wasserstoff“ initiiert.
Das erste in diesem Rahmen aufgelegte Forschungsprojekt nennt sich „OptiLBO“. Untersucht wird die energieeffiziente und CO2-neutrale Stahlherstellung. Denn sowohl die Produktion mittels Erz (Primärroute) als auch die Gewinnung aus Schrott (Sekundärroute) verursachen prozessbedingt große Mengen CO2.
Bei der Sekundärroute beispielsweise wird die Energie für den Schmelzprozess von Schrott per Elektrolichtbogenofen in Form von Strom bereitgestellt, unterstützt durch gasbefeuerte Brenner. Ein neues innovatives Brennersystem soll den bisherigen Erdgasverbrauch um bis zu 25 Prozent reduzieren. Jährlich bedeutet das laut Forschungsbericht rund fünf Gigawattstunden eingesparte Energie sowie 900 Tonnen weniger CO2-Ausstoß. Zudem soll das Brennersystem auch erneuerbaren Wasserstoff nutzen können. Das Gas- und Wärme-Institut Essen e. V. sowie drei Verbundpartner erhalten für die Projektlaufzeit 2021 bis 2025 insgesamt 2,6 Millionen Euro.
Forschungsnetzwerke Energie
Neun „Forschungsnetzwerke Energie“ decken die Themen Bioenergie, Bauen, Energiesystemanalyse, erneuerbare Energien, flexible Energieumwandlung, Industrie und Gewerbe, Stromnetze, Start-Ups sowie Wasserstoff ab. Das Forschungsnetzwerk Wasserstoff ist eine Maßnahme der Nationalen Wasserstoffstrategie. 2021 haben die mehr als 1.500 Mitglieder Expertenempfehlungen zum Forschungsbedarf für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft erarbeitet und im September 2021 an das BMWK übergeben.
H2-Kompass für die Wertschöpfungskette
Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung sieht eine Roadmap vor, die einen langfristigen Rahmen für die deutsche Forschungs- und Innovationspolitik 
entlang der gesamten Wasserstoff-wertschöpfungskette vorgeben soll. Das gemeinsam durch das BMWK und das BMBF geförderte Projekt „H2-Kompass“ erstellt und bewertet Anwendungsszenarien für Wasserstoff. Ziel ist es, eine Basis für die Entwicklung der Wasserstoff-Roadmap zu legen. Das Projekt läuft noch bis 2023 und wird mit 4,3 Millionen Euro gefördert.
Europäische Vernetzung in der Energieforschung
Deutschland beteiligt sich an umfangreichen europäischen Aktivitäten zu Forschung, Innovation und Vernetzung im Energiebereich. Das „Clean Hydrogen Joint Undertaking“ (JU) hat im November 2021 die Nachfolge des „Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking“ (FCH JU) angetreten. Dies soll die Verbesserung sauberer Wasserstofftechnologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette beschleunigen. Bis zu einer Milliarde Euro werden hierfür in den kommenden sieben Jahren im Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe bereitgestellt, „ergänzt durch eine weitere Milliarde Euro von privater Seite“.
Außerdem wurde im Kontext der Neuausrichtung des Europäischen Forschungsraums eine Initiative zu grünem Wasserstoff ins Leben gerufen: „ERA Pilot on Green Hydrogen“ entwickelt eine europäische Forschungs- und Innovationsagenda für die Wettbewerbsfähigkeit von grünem Wasserstoff.
IPCEI: Länderübergreifende Großprojekte
Auf europäischer Ebene wird der Markthochlauf durch „Important Projects of Common European Interest“ (IPCEI) für Wasserstofftechnologien vorangetrieben. Die „Wichtigen Vorhaben von gemeinsamem europäischem Interesse“ sollen in Europa grenzüberschreitend Energieprojekte voranbringen. Eingebettet in die Nationale Wasserstoffstrategie wurde das „IPCEI Wasserstoff“ im Dezember 2020 während der deutschen EU-Ratspräsidentschaft durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gemeinsam mit 22 EU-Mitgliedstaaten und Norwegen gestartet.
Im Mai 2021 wurden 62 deutsche Großvorhaben ausgewählt, darunter Pläne für Erzeugungsanlagen mit über zwei Gigawatt Elektrolyseleistung für die Produktion von grünem Wasserstoff, innovative Vorhaben der Stahl- und Chemieindustrie sowie Projekte im Bereich Infrastruktur und Mobilität.
Mit über acht Milliarden Euro Förderung aus Bundes- und Landesmitteln ist das IPCEI Wasserstoff das bislang größte europäische Projekt dieser Art, das allein in Deutschland Investitionen in Höhe von 33 Milliarden Euro entlang der gesamten Wasserstoffwertschöpfungskette auslösen soll.
Masterprogramm für Afrika
Auf internationaler Ebene wurde das Masterprogramm „GSP Green H2“ ins Leben gerufen. Insbesondere Subsahara-Afrika habe „großes Potenzial, mittels Sonnen- und Windenergie grünen Wasserstoff zu erzeugen“, so der Bericht – und zwar mehr als für den lokalen Bedarf benötigt wird.
Für die Erzeugung, Nutzung und den Export von grünem Wasserstoff würden nicht allein neue Technologien gebraucht, sondern auch ausreichend Fachwissen. Das „International Master Program in Energy and Green Hydrogen“ soll daher in vorerst zwei Durchläufen insgesamt 120 Studenten aus allen 15 Ländern der Wirtschaftsgemeinschaft der westafrikanischen Staaten (ECOWAS) für das Zukunftsthema „Grüner Wasserstoff“ qualifizieren.
Der zweijährige Studiengang wird an vier westafrikanischen Universitäten angeboten. Ein Semester sowie die Abschlussarbeit werden die Studenten in Deutschland absolvieren. Die Einrichtung WASCAL (West African Science Service Centre on Climate Change and Adapted Land Use) und zwei weitere Verbundpartner erhalten für das bis 2025 laufende Vorhaben 16,2 Millionen Euro.
Internationale Partnerschaft für Wasserstoff und Brennstoffzellen
Die Internationale Partnerschaft für Wasserstoff und Brennstoffzellen in der Wirtschaft (IPHE) ist ein Zusammenschluss von 21 Staaten sowie der Europäischen Kommission. Sie begleitet und unterstützt die Kommerzialisierung von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien. Hierzu bündelt IPHE die internationalen Aktivitäten verschiedener Sektoren und Ressorts und stimmt diese ab. Die Bundesregierung engagiert sich seit der Gründung in dem globalen Forum.
Internationale Kooperationen mit Kanada
In der internationalen Wasserstoffkooperation ist Kanada insbesondere als potenzieller Lieferant von grünem Wasserstoff ein Partner für Deutschland. Im Jahr 2021 wurden mit dem kanadischen National Research Council (NRC) gemeinsame Projekte von Wissenschaft und Wirtschaft gestartet. Außerdem werden in Zusammenarbeit mit dem Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) seit Oktober 2021 zehn gemeinsame Vorhaben zur Vernetzung gefördert.
Internationales Zukunftslabor grüner Wasserstoff
Das vom BMBF geförderte Internationale Zukunftslabor „REDEFINE Hydrogen Economy (H2E)“ hat im Dezember 2021 an der Technischen Universität München seine Forschungsarbeit aufgenommen. Es widmet sich der umweltfreundlichen Produktion von grünem Wasserstoff durch neuartige Technologien wie der Hochtemperatur-Elektrolyse, der innovativen Vergasung von Biomasse und der Synthese von Basischemikalien und Energieträgern. In dem Zukunftslabor arbeiten Wissenschaftler aus 13 Ländern (Australien, Brasilien, Deutschland, Italien, Kanada, Litauen, Niederlande, Polen, Portugal, Schweden, Schweiz, USA und Vereinigtes Königreich).
Der „Bundesbericht Energieforschung 2022“ wurde im Juni veröffentlicht. Er ist kostenfrei als PDF (100 Seiten) erhältlich.
Grafiken
Die Wasserstoff-Leitprojekte befassen sich mit der Erzeugung und dem Transport von grünem Wasserstoff an Land und auf See. © Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF
Foto Energiepark Bad Lauchstädt
Reallabor zur intelligenten Erzeugung, Speicherung, Transport, Vermarktung und Nutzung von grünem Wasserstoff. © Torsten Proß/Jeibmann Photographik
Foto H2 Steel
Das Reallabor H2Stahl erprobt, wie der Umstieg auf nachhaltige Technologien in der Stahlherstellung gelingen kann. Das Foto zeigt die Hochöfen 8 und 9 von Projektpartner Thyssenkrupp in Duisburg. © Thyssenkrupp
