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Wasserstoff schleicht aus der Nische

Zukunftstechnologie Wasserstoff
Wasserstoff schleicht aus der Nische

Vor wenigen Jahren war die Wasserstoff-Mobilität noch eine kleine Nische in den Entwicklungsabteilungen. Inzwischen investieren die Unternehmen jedoch nicht nur in die Fahrzeugtechnik, sondern steigen global in den Wasserstoff-Markt ein.

» Tobias Meyer, freier Journalist in Zirndorf

Inhaltsverzeichnis
1. Automatisierte Serienfertigung für PEM-Elektrolyseure
2. Wasserstoffbasierte Antriebe für LKWs und Busse
3. Flüssiger Wasserstoff
4. Umbau auf Wasserstoff und Brennstoffzelle
5. Anwendungen von Wasserstoff für die Logistik
6. Wasserstoff für die Luftfahrt
7. Potenzial von Wasserstoff für die Industrie

Dass Wasserstoff künftig einen wichtigen Teil der Mobilität bedienen wird, ist für viele Unternehmen inzwischen eine klare Sache. Statt nur etwas halbherziger Lippenbekenntnisse und einzelner Leuchttürme packen die Global Player nun richtig an: MAN Energy Solutions hat beispielsweise kürzlich den Elektrolyseur-Hersteller H-Tec Systems komplett übernommen und investiert nun 500 Mio. Euro in deren Serienfertigung. Die Elektrolyse ist ein Basis-Herstellungsverfahren für Wasserstoff, der für Schifffahrt, Luftfahrt und Industrie benötigt wird. MAN Energy Solutions – damals aus der MAN SE heraus gegründet und seit 2010 eigenständiges Unternehmen – baut Schiffsmotoren, Turbomaschinen und Speicherlösungen für die Industrie.

„In fünf bis zehn Jahren wird grüner Wasserstoff einer der wichtigsten primären Energieträger der sich fortschreitend dekarbonisierenden Weltwirtschaft werden.“
Uwe Lauber, CEO von MAN Energy Solutions

„Unser Plan ist klar“, erklärt Uwe Lauber, CEO von MAN Energy Solutions. „Wir entwickeln H-Tec Systems zu einem der weltweit führenden Player auf dem Gebiet der PEM-Elektrolyse. In den kommenden fünf bis zehn Jahren wird grüner Wasserstoff einer der wichtigsten primären Energieträger einer sich fortschreitend dekarbonisierenden Weltwirtschaft werden.“

H-Tec Systems plant automatisierte Serienfertigung für PEM-Elektrolyse

Die Technik der aus Augsburg stammenden Firma sei ausgereift und bereits erfolgreich am Markt platziert, H-Tec feierte kürzlich sein 25-jähriges Jubiläum. Es gehe daher im nächsten Schritt um die Skalierung und den Aufbau einer Serienfertigung mit hohem Automationsgrad, Ende 2023 soll das erreicht sein. 2025 möchte man mit der ausgelieferten Produktionskapazität bei 1.000 MW liegen. Für fünf Jahre später peilt MAN einen Umsatz von 1 Mrd. Euro an.

Beteiligt sind MAN und die neue Tochter daher auch am Projekt PEP.IN am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA: Dort ist man sich ebenfalls bewusst, dass die Welt in absehbarer Zeit massenhaft neue Elektrolyseure braucht. Doch die werden bisher noch weitgehend in Handarbeit gefertigt, was sehr viel Zeit braucht, teuer und fehleranfällig ist.

Daimler Truck plant Serienstart für wasserstoffbasierte LKWs für 2022

„Ziel ist eine automatisierte Elektrolyseurfabrik im Gigawatt-Maßstab“, sagt Friedrich-Wilhelm Speckmann vom Zentrum für digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am Fraunhofer-Institut IPA. Das Stacking etwa könnte in Zukunft von Robotern erledigt werden. Weil aber die gesamte Produktionslinie automatisiert werden soll, müssen die Forscherinnen und Forscher auch sämtliche vor- und nachgelagerte Prozesse, bis zum Einfahren der Gesamtsysteme, berücksichtigen. Dabei reichen die Aufgaben von der Fabrik- und Produktionsplanung, über die Bauteiltests bis hin zu den End-of-Line-Prüfständen. Zusätzlich werden im Konsortium auch neuartige Stackdesigns entwickelt, die zukünftige Produktionsverfahren vereinfachen und somit beschleunigen sollen.

Auch Daimler Truck setzt inzwischen größer auf den wasserstoffbasierten Antrieb: Seit vergangenem Jahr fährt ein Brennstoffzellen-Prototyp Mercedes-Benz-Gen-H2-Truck im Testeinsatz – sowohl auf der hauseigenen Teststrecke als auch auf öffentlichen Straßen. Bei der Entwicklung wasserstoffbasierter Antriebe bevorzugt Daimler Truck den flüssigen Wasserstoff (LH2). Der Energieträger hat in diesem Aggregatzustand im Vergleich zu gasförmigem Wasserstoff eine deutlich höhere Energiedichte bezogen auf das Volumen. Dadurch kann mehr Wasserstoff transportiert werden, was die Reichweite erhöht und laut Unternehmen so eine vergleichbare Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs mit der eines konventionellen Diesel-Lkw ermögliche.

Daimler Truck setzt auf Betankung mit flüssigem Wasserstoff

Vor kurzem hat Daimler einen entsprechenden Prototypen in Betrieb genommen. Eine passende Tankstelle im Entwicklungs- und Versuchszentrum in Wörth befüllt die zwei 40-kg-Tanks mit -253 °C kaltem Flüssigwasserstoff. Durch deren Isolierung kann der Treibstoff für eine ausreichend lange Zeit ohne aktive Kühlung auf Temperatur gehalten werden. Entwicklungsziel des Gen-H2-Trucks ist eine Reichweite von bis zu 1.000 km und mehr. Der Serienstart für wasserstoffbasierte Lkws ist für die zweite Hälfte des Jahrzehnts vorgesehen. Als langfristiges Ziel will man im Jahr 2039 in den globalen Kernmärkten nur noch Neufahrzeuge anbieten, die im Fahrbetrieb CO2-neutral sind.

Parallel arbeitet Daimler Truck gemeinsam mit Linde an der Entwicklung eines neuen Betankungsverfahrens für flüssigen Wasserstoff (subcooled liquid hydrogen, sLH2). Der Ansatz ermögliche im Vergleich zu LH2 unter anderem eine noch höhere Speicherdichte und einfachere Betankung. Die Unternehmen planen die erste Betankung eines Prototyp-Lkws an einer Pilotstation in Deutschland für das Jahr 2023. Um technische Inseln zu vermeiden, setze man auf Offenheit rund um die relevanten Schnittstellen. Denn nur wenn sich möglichst viele weitere Unternehmen und Verbände an der Entwicklung der neuen Flüssigwasserstoff-Standards beteiligen, könne ein globaler Massenmarkt für das Verfahren etabliert werden. Denn derzeit ist die Wasserstoff-Infrastruktur auf die gasförmige Speicherung ausgelegt, Nutzfahrzeuge tanken mit 350 bar, Pkw mit 700 bar. Der Wasserstoff-Tankstellen-Betreiber H2 Mobility plant in seiner nächsten Ausbaurunde in Deutschland zwar einen Fokus auf Nutzfahrzeuge, bleibe vorerst aber beim gasförmigen Wasserstoff. Dennoch sei man bei H2 Mobility auch offen für LH2.

Clean Logistics baut Lkw und Busse von Diesel auf Brennstoffzellen um

Es gibt aber auch Logistiker, die nicht noch Jahre auf die Serienfertigung der großen Hersteller warten wollen. Das Start-up Clean Logistics kann bereits liefern, bei Hamburg baut man auf Kundenwunsch Lkw und Busse von Diesel auf Brennstoffzellen um: Da das Geschäft bereits brummt, wurde eine neue 10.000 m2 große Halle bezogen, wodurch die Zahl der ausgelieferten Fahrzeuge ab Ende 2023 jährlich auf bis zu 450 steigen soll. Bereits im Sommer 2021 hat das Unternehmen den ersten konvertierten Bus mit Brennstoffzellen-Wasserstoff-Antrieb im ÖPNV in Europa an die Uckermärkische Verkehrsgesellschaft übergeben.

Vor kurzem hat das Unternehmen nun nach vier Jahren Entwicklungszeit seine erste 40-t-Sattelzugmaschine vorgestellt, den Fyuriant. Bereits vor der offiziellen Präsentation sei der Truck „im vierstelligen Bereich“ nachgefragt worden. Seine Reichweite betrage laut Hersteller über 400 km, die ersten Maschinen sollen noch dieses Jahr ausgeliefert werden. Statt wie bisher straßenfertige Lkws zu demontieren, möchte man dafür zukünftig auch direkt mit Rolling Chassis – also reinen Fahrgestellen ohne Antriebsstrang – von den Herstellern arbeiten.

H2 Mobility bietet bisher 159 Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland

Ab und an muss der Laster dann auch an eine Tankstelle: Deren Netz wird in Deutschland derzeit ausgebaut, insgesamt bietet der Platzhirsch H2 Mobility 159 Tankstellen, weitere 35 sind in Realisierung.

Die Westphalen AG eröffnete bereits 2016 in Münster eine entsprechende Tankstelle und hoffte, so den Markt in der Region anzukurbeln: „Eine Cash-Cow war das dann aber sicher nicht“, gibt Nicolas Dohn, Wasserstoff-Manager bei der Westfalen Gruppe auf einem Forum während der diesjährigen Hannover Messe offen zu. Denn man habe auf Pkw gesetzt, im Nachhinein wäre seiner Ansicht nach der Fokus auf die Lkw-Betankung sinnvoller gewesen.

Wasserstoff bietet sich gerade im Umfeld der Logistik an

Auch H2 Mobility will stärker in diese Richtung fokussieren, die 700-Bar-Säulen aber deswegen nicht aus den Augen verlieren. Die Erfahrung, dass von den einigen Wasserstofftankstellen in der Region Stuttgart schlussendlich nur zwei für ihren umgerüsteten Brennstoffzellen-Lkw passen, machte auch die Uni Esslingen: Zusammen mit der Große-Vehne Speditions GmbH testete man den Forschungsumbau im praktischen Logistik-Alltag. Generell sei das gut machbar, allerdings müsse man eben genau schauen, ob die nächste H2-Tanksstelle auch wirklich kompatibel mit dem verbauten Tanksystem (350 beziehungsweise 700 bar) ist. Die Experten sind sich daher inzwischen im Klaren darüber, dass eine Tankstelle in der Region nicht ausreiche, um gewerbliche Nutzer zum Wechseln zu animieren: Denn wer seine Logistik auf diese eine Säule ausrichtet, macht sich stark abhängig. Eine Redundanz ist hier daher Pflicht, etwa für die durchaus mehrere Tage dauernden Wartungen einer H2-Tankstelle.

Hier knüpft Technikhersteller Maximator an. Zusammen mit Bosch Rexroth hat das Thüringer Unternehmen eine automatisierte Lösung zur Reduktion der Wartungszeiten entwickelt: Damit läuft der regelmäßig notwendige Wechsel der Kolbendichtungen im Betankungssystem, die durch den Kontakt mit Wasserstoff einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind, automatisch und innerhalb von 15 Sekunden ab. Das Magazin fasst bis zu 20 Wechseldichtungen, jede hält etwa 600 Betriebsstunden. Der neue Verdichter habe nach eigener Aussage das Potenzial, die bisherigen Gesamtkosten für Betreiber zu halbieren.

Wien will Stadtbusse nur mit grünem Wasserstoff betreiben

„Darüber hinaus lässt sich der Max Compression 2.0 auf die Bedürfnisse der Tankstellenbetreiber individuell anpassen und kann sozusagen mit dem Bedarf der Betreiber mitwachsen“, erklärt Mathias Kurras, Geschäftsführer der Maximator Hydrogen GmbH. Möglich machen dies die auswechselbaren Antriebseinheiten, welche von 75 auf 250 kW erweitert werden können. Neben einer bedarfsgerechten Anpassung der Verdichtungsleistung erlauben diese den Betreibern so auch einen kostengünstigen Einstieg in die Wasserstofftechnologie. Die Markteinführung ist für die erste Jahreshälfte 2023 geplant.

Einer der Pilotkunden wird der Nahverkehrsanbieter Wiener Linien sein. Die österreichische Metropole will bis 2040 klimaneutral sein, bis 2030 sollen Stadtbusse ausschließlich mit grünem Wasserstoff fahren. In der Schweiz habe man bereits elf Tankstellen ausgerüstet und damit 33.000 Betankungen durchgeführt. Bis 2030 plant Maximator weltweit rund 4.000 weitere H2-Tankstellen. Mit der flexibel anpassbaren Verdichter-Technik ließe sich zudem die Leistung einer Wasserstofftankstelle verfünffachen, so dass auch Heavy-Duty-On- und Off-Road-Betankungen sowie Schiff- und Zugtankstellen mit dieser Technologie realisiert werden könnten.

Wasserstoff für die Luftfahrt

Die Nutzer könnten aber nicht nur auf der Straße unterwegs sein: Das in Brandenburg ansässige Start-up Apus will den Wasserstoff in die Luftfahrt bringen. Ein komplett neu entwickelter Viersitzer soll bereits 2023 seinen Jungfernflug absolvieren, in den Markt einsteigen möchte man dann 2027. „Da bei einem Flugzeug die Gewichtsverteilung eine extrem große Rolle spielt, konnten wir nicht einfach ein reguläres Flugzeug auf Brennstoffzellen und E-Motoren umrüsten“, erklärt CEO Phillip Scheffel. Die röhrenförmigen Tanks aus Carbon durchdringen Flügel und Rumpf gleichzeitig als tragende Elemente.

„Würden die über 7.000 bewohnten Inseln in Indonesien mit herkömmlichen Flugzeugen bedient, wäre das die nächste ökologische Katastrophe.“
Phillip Scheffel, CEO von Apus

Auch eine größere Version für bis zu 19 Passagiere ist bereits geplant. „Über diese Größe hinaus ist der Aufwand hinsichtlich luftfahrttechnischer Zertifizierung und ähnlichen Dingen sofort um ein vielfaches größer, weshalb wir vorerst in dieser Klasse bleiben werden.“ Ein wichtiger Markt ist hier ebenfalls weniger die Personenbeförderung, sondern das Luftfrachtgeschäft. Scheffel nennt als Beispiel die Inselwelt von Indonesien, wo sich aktuell der in der westlichen Welt als normal angesehene 24-Stunden-Onlinehandel stark etabliert. „Würden die über 7.000 bewohnten Inseln mit herkömmlichen Flugzeugen bedient, wäre das die nächste ökologische Katastrophe.“

Wasserstoff mit Potenzial für energiehungrige Sparten

Es zeigt sich also, dass an vielen Ecken gleichzeitig entwickelt und gebaut wird. Je breiter der Wasserstoff eingesetzt wird – vom Speicher am Offshore-Windpark bis zu den grünen Stahlwerken mit Direktreduktion – desto schneller wird er auch in der Mobilität aus der Nische treten. Vor allem energiehungrige Sparten wie die Transportlogistik setzen auf das ganz links oben im Periodensystem angesiedelte Gas – egal, ob zu Land zu Wasser oder in der Luft. Was genau dann wirklich in den Tanks steckt, wird sich von Fall zu Fall unterscheiden: E-Methan, Ammoniak oder auch purer Wasserstoff – gasförmig oder flüssig – werden parallel etabliert werden, den einen Königsweg wird es wohl nicht geben.

Kontakte:
H-Tec Systems GmbH
Alois-Senefelder-Allee 1
86153 Augsburg
www.h-tec.com

MAN Energy Solutions SE
Stadtbachstr. 1
86153 Augsburg
www.man-es.com

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart
www.ipa.fraunhofer.de

Daimler Truck AG
Fasanenweg 10
70771 Leinfelden-Echterdingen
www.daimlertruck.com

H2 Mobility Germany GmbH & Co KG
Euref-Campus 10–11
10829 Berlin
www.h2-mobility.de

Clean Logistics SE
Trettaustraße 32
21107 Hamburg
www.cleanlogistics.de

Maximator Hydrogen GmbH
Petriblick 2
99734 Nordhausen
www.maximator-hydrogen.de

Apus Zero Emission
Lilienthalstraße 2
15344 Strausberg
www.apus-aero.com


Im Überblick

Grüner Wasserstoff hat großes Potenzial, künftig einer der wichtigsten primären Energieträger der Weltwirtschaft zu werden. 


Nora Nuissl, stv. Chefredakteurin Industrieanzeiger
Bild: Tom Oettle

Nicht alles ist Gold, was glänzt

Wie turbulent es in der Wasserstoff-Branche noch zugeht, zeigt auch das vor wenigen Jahren stark gehypte H2-Lkw-Start-up Nikola, auch wir berichteten über den als Tesla der Nutzfahrzeuge gehandelten Hersteller. Nach Betrugsvorwürfen, Börseneinbruch und den Ausstieg des Gründers wurde es etwas ruhiger. Im April dieses Jahres erfolgten nun aber die ersten Auslieferungen. Hilfreich dabei waren sicher auch die Beteiligungen durch erfahrene Partner wie Bosch und CNH mit der Marke Iveco.



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