Wasserstoff

In der nationalen sowie in der europäischen Wasserstoffstrategie werden grüner Wasserstoff und seine Syntheseprodukte als wichtige Bausteine der Energie- und Klimawende angesehen. Dies setzt eine völlige Abkehr von fossilen Brenn- und Kraftstoffen voraus. Insbesondere Bereiche mit schwer vermeidbaren Emissionen, zum Beispiel die Grundstoffchemie, die Eisen- und Stahlindustrie sowie der internationale Flug- und Schiffsverkehr, werden als vielversprechende Anwendungsfelder von grünem Wasserstoff oder daraus erzeugter Syntheseprodukte diskutiert.

In ambitionierten Klimaschutzszenarien wird für Deutschland und die EU ein hoher Bedarf an Wasserstoff und Syntheseprodukten bis 2050 angenommen. Jedoch wird der Wasserstoffbedarf in einigen Anwendungsfeldern aktuell kontrovers diskutiert, zum Beispiel im Mittel- und Niedrigtemperaturbereich der industriellen Prozesswärme, im Schwerlastverkehr und in der Gebäudewärme.

Die Potenziale für erneuerbare Energien in Deutschland können wahrscheinlich den Bedarf an Wasserstoff und Syntheseprodukten unter den Aspekten Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz nicht kosteneffizient decken. Der Import von grünem Wasserstoff und Syntheseprodukten aus EE-Vorzugsregionen – unter Berücksichtigung der entstehenden Kosten, Risiken und Umwelteffekte – kann dazu beitragen, die Lücke zwischen Wasserstoffnachfrage und -angebot zu schließen.

Um langfristig einen effizienten und nachhaltigen Einsatz von Wasserstoff zu gewährleisten, ist es besonders wichtig, in die generelle Governance der Transformation des Energiesystems auch die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft einzubinden. Hieraus können sich vielfältige Chancen und Potenziale im Hinblick auf Wertschöpfung und Wettbewerbsfähigkeit, Forschung und Innovation, Arbeitsplätze usw. ergeben.

Das Fraunhofer ISI untersucht verschiedene Aspekte von Wasserstoff im Kontext der Energiesystemtransformation und hat über die Jahre ein umfangreiches Know-how entwickelt. Zu den Forschungsschwerpunkten gehören Wasserstofferzeugung und -anwendung, Wasserstoffimport und -infrastruktur, Regulierung und Standardisierung, Governance und Strategie sowie Analysen der gesellschaftlichen Akzeptanz von Wasserstoff und dessen Nachhaltigkeit.

Dabei setzt das Fraunhofer ISI auf ein breites Spektrum an Methoden, das beispielsweise eine detaillierte Modellierung des Angebots und der Nachfrage nach Wasserstoff beinhaltet. Weitere Methoden sind unter anderem ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeitsbewertung, Innovations-, Politik- und Technikanalysen, Akzeptanz- und Stakeholder-Analysen, qualitative und quantitative Szenarien sowie die Entwicklung von konkreten Handlungsempfehlungen und Roadmaps. Damit betrachtet das Fraunhofer ISI die Wasserstoffwirtschaft technologie-neutral aus unterschiedlichen Perspektiven und lädt zu einer gesamtheitlichen Diskussion und Bewertung grünen Wasserstoffs vor dem Hintergrund der Energiewende ein.

Das Fraunhofer ISI ist Teil des Fraunhofer Cluster of Excellence Integrierte Energiesystemes CINES und koordiniert dort den Bereich »Systemanalyse«. CINES adressiert die zentralen technologischen und ökonomischen Herausforderungen der System- und Marktintegration hoher Anteile variabler erneuerbarer Energien in das Energiesystem und betrachtet dabei – als ein zentrales Element der Transformation – die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse. Zusätzlich ist das Fraunhofer ISI durch die Fraunhofer-Allianz Energie intensiv mit verwandten Instituten im Energiebereich vernetzt und im Beirat des Strategischen Forschungsfelds Wasserstoff-Technologien vertreten. Als Teil des Wasserstoff-Netzwerks, das Fraunhofer-übergreifend die Kompetenzen im Bereich Wasserstoff bündelt, steht das Fraunhofer ISI Wirtschaft, Politik und Wissenschaft als kompetenter Partner zum Thema Wasserstoff zur Seite.  

Projekte

Weltweite Potenziale zur Erzeugung und zum Export von Grünem Wasserstoff (HYPAT)

Deutschland wird auch langfristig auf Energie-Importe angewiesen sein, unter anderem muss es einen Großteil des grünen Wasserstoffs und seiner Syntheseprodukte aus wind- und sonnenreichen Weltregionen importieren. Das Projekt HyPat unter Leitung des Fraunhofer ISI entwickelt einen umfassenden, globalen Wasserstoffatlas, wie er in der deutschen Nationalen Wasserstoffstrategie (NWS) gefordert wird.  

H2 D – Eine Wasserstoffwirtschaft für Deutschland

Hier entsteht sukzessive eine technologiezentrierte Roadmap für den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in Deutschland. Initial fokussieren wir dabei die Elektrolyse als zentrale Technologie zur Synthese von grünem Wasserstoff und damit der essenziellen Voraussetzung für die Vollendung der Energiewende, dem Wechsel zu einem nachhaltigen Energie- und Wirtschaftssystem und damit zum Erreichen der Klimaziele.
 

H2 Masterplan Ostdeutschland

Ziel des Projekts ist zu untersuchen, in welchem Maße eine Umstellung bestehender und die Etablierung neuer Wertschöpfungszusammenhänge im Hinblick auf eine Wasserstoffnutzung beziehungsweise -erzeugung eine erfolgsversprechende Option für die Gestaltung des Strukturwandels in den ostdeutschen Bundesländern kurz- und mittelfristig mit dem Fokus auf die Entwicklung bis 2030 ist.

Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland

Deutschland soll klimaneutral werden – ursprünglich bis 2050, seit kurzem bis 2045. Im Forschungsvorhaben »Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland« hat das Fraunhofer ISI zusammen mit Projektpartnern untersucht, welche techno-ökonomischen Auswirkungen drei verschiedene Pfade zur Dekarbonisierung des Energiesystems haben: klimaneutral hergestellter Strom, klimaneutraler Wasserstoff und klimaneutrale Kohlenwasserstoffe.

Intelligente Infrastruktur für die Transformation des Energiesystems

Die Fraunhofer-Institute ISI, IEG, IEE und ISE sowie TNO innovation for Life gehen gemeinsam die einzigartigen Herausforderungen des europäischen Energiewandels an, indem sie den Energiebedarf und die Energieträger für eine Dekarbonisierung aller Anwendungssektoren ermitteln. Ein besonderer Schwerpunkt ist der Industriesektor und die Rolle des Wasserstoffs, da die Unsicherheiten und der Forschungsbedarf für eine Dekarbonisierung der Industrie hoch sind und die Nutzung von Wasserstoff derzeit als eine wichtige langfristige strategische Maßnahme zur Erfüllung der Klimaneutralität in der Industrie beider Länder diskutiert wird.

The potential of hydrogen for decarbonising EU industry

The production of renewable hydrogen, i.e. using renewable electricity for producing hydrogen via water electrolysis, is seen as a promising option for decarbonising EU industry, in particular the hard-to-decarbonise energy-intensive sectors. Even more, transforming the EU’s energy system to a hydrogen economy is perceived to provide benefits with respect to job creation, economic growth, innovation and air pollution. However, there are huge economic implications for the current stock of production technologies, the energy system and operational costs. The infrastructure required is another aspect that has not yet been resolved. This study will take stock of the current situation with respect to the realization of the EU Hydrogen Strategy and to identify policy options addressing gaps in the current hydrogen policy landscape.  

Prozessbegleitung und Entwicklung einer Wasserstoff-Roadmap für Baden-Württemberg

Wasserstoff soll ein zentraler Baustein der Energiewende werden, und auch für Baden-Württemberg bergen Wasserstofftechnologien enormes Potenzial für den nachhaltigen Strukturwandel. Das Land hat sich zum Ziel gesetzt, weltweit Vorreiter bei Wasserstoff zu sein. Ziel des Projekts ist, den Aus- und Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft in Baden-Württemberg mit Stakeholder-Dialogen, einem Beteiligungsprozess sowie der Erarbeitung einer Wasserstoff-Roadmap zu unterstützen.
 

Publikationen