i&mb Industrie & Management Beratung intern. GmbH

„Technologieoffensive Wasserstoff“

Einreichungsfrist: 30.04.2021

Im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms werden mit dem vorliegenden Förderaufruf Verbundprojekte zu Forschungsthemen im Bereich zukünftiger Erzeugung, des Transports, der Speicherung, der Nutzung und Weiterverwendung des Energieträgers Wasserstoff gefördert. Weitere Schwerpunkte des Aufrufs sind die Integration von Wasserstoffinfrastruktur in das Energiesystem als Beitrag zur effizienten Sektorkopplung sowie die Berücksichtigung übergreifender technoökonomischer und gesellschaftlicher Belange.

Unter den geltenden Rahmenbedingungen ist die Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff noch nicht wirtschaftlich. Damit grüner Wasserstoff wirtschaftlich wird, müssen wir die Kostendegressionen bei Wasserstofftechnologien voranbringen. Dieser Förderaufruf soll dazu beitragen, die technischen Voraussetzungen für eine zukünftige starke und nachhaltige CO2-freie Wasserstoffproduktion und Wasserstoffverwendung zu schaffen.

Da das 7. Energieforschungsprogramm einen strategischen Schwerpunkt auf Beschleunigung des Technologie- und Innovationstransfers in die Praxis legt, werden Projekte bevorzugt berücksichtigt

• mit einem deutlichen Anwendungsbezug im Ausland,
• mit einer realistischen mittelfristigen Perspektive für eine wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse auch durch Technologieexport,
• mit einem deutlichen Verwertungsinteresse der Industrie,

Der Aufruf richtet sich primär an Verbundvorhaben durch industriegeführte Konsortien. Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft mit einer Betriebsstätte oder Niederlassung in Deutschland. Ebenfalls antragsberechtigt sind Hochschulen und Forschungseinrichtungen sowie Gebietskörperschaften. Die Bildung von Forschungsverbünden mit Partnern aus der EU sowie mit internationalen Partnern wird besonders begrüßt.

Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur Erzeugung, Infrastruktur und Nutzung von Wasserstoff, die zu den übergeordneten Zielen der Nationalen Wasserstoffstrategie beitragen, und sich den im Folgenden beschriebenen Themenfeldern zuordnen lassen.

Themenfeld 1: Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten

Bestehende Technologien für eine nachhaltige, effiziente und sog. CO2-neutrale Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten sollen verbessert werden. Weiterhin gilt es, innovative Verfahren in diesem Bereich neu bzw. weiter zu entwickeln. Im Fokus steht die gesamte Kette, vom effizienten Materialeinsatz, der automatisierten, digitalisierten Fertigung und den zuverlässigen, wirtschaftlichen Betrieb über eine möglichst lange Lebensdauer bis zum Recycling. Materialien und Komponenten sollen aus möglichst gut verfügbaren Rohstoffen effizient gewonnen bzw. hergestellt und recycelt werden und insgesamt eine günstige Umweltbilanz aufweisen.

In diesem Themenfeld können Forschungs- und Entwicklungsarbeiten beispielhaft in folgenden Bereichen gefördert werden:

• Erzeugung von grünem Wasserstoff: Wasserelektrolyse, Hochtemperaturelektrolyse, Plasmalyse, Meerwasserelektrolyse, Co-Elektrolyse, biochemische und thermochemische Herstellung, Biowasserstoffherstellung und weitere Verfahren
• Erzeugung von blauem Wasserstoff: CO2- Abscheidung nach erfolgtem Steam Reforming
• Erzeugung von türkisem Wasserstoff: Methanpyrolyse mithilfe erneuerbarer Energien und Bindung/Nutzung des entstehenden Kohlenstoffs
• Herstellung synthetischer Kraftstoffe: Verfahren basierend auf grünem Wasserstoff für den Verkehr, insbesondere für Schwerlast-, Luft- und Seeverkehr
• Herstellung von Folgeprodukten zur Erhöhung der Speicher- und Transportfähigkeit: Methan, Methanol, Ammoniak und andere
• Herstellung von wasserstoffbasierten Grundstoffen: Herstellung von chemischen Grundstoffen für die Anwendung in chemischen und industriellen Prozessen
• Integration der Erzeugungsanlagen, von Speichern und Transportinfrastruktur in das Energiesystem zur Umsetzung der Sektorkopplung

Themenfeld 2: Wasserstoffinfrastruktur: Speicherung und Transport

Wenn Herstellung und Nutzung von Wasserstoff zeitlich und räumlich getrennt voneinander erfolgen, soll Wasserstoff möglichst verlustfrei gespeichert und transportiert werden können. Technisch bestehen die Herausforderungen darin, geeignete Materialien und Systeme einzusetzen, die einen kostengünstigen, sicheren Betrieb über eine lange Lebensdauer ermöglichen. Logistisch muss eine optimierte Verteilinfrastruktur entworfen werden, sodass die Transportwege kurz sind und CO2-Emissionen möglichst vermieden werden. Präzise Mess- und Überwachungssysteme sollen hohe Sicherheitsstandards gewährleisten.

In diesem Themenfeld können Forschungs- und Entwicklungsarbeiten beispielhaft in folgen-den Bereichen gefördert werden:

• Speicherung: Speicherung von Wasserstoff in verschiedenen Anwendungssituationen, z. B. Tanks für den mobilen oder stationären Einsatz, Kavernenspeicher, poröse geologische Formationen, Umnutzung von Erdgasspeichern, Trägermaterialien wie LOHC oder Metallhydride, dezentrale Wasserstoffspeicher in Quartieren
• Leitungsgebundene Infrastruktur: Umnutzung von bestehenden Erdgasnetzen, Ver-träglichkeit von Wasserstoffbeimischungen ins Erdgasnetz (DVGW-Regelwerksimple-mentierung) sowie Abtrennverfahren, Neubau von Wasserstoffnetzen und Fernleitungen, Wasserstoffverteilungsnetze
• Nicht-leitungsgebundene Transportmethoden: Verflüssigung und Regasifizierung von Wasserstoff, verlustarme temporäre chemische Bindung von Wasserstoff, Importinfra-strukturen für Flüssigwasserstoff und Weiterverteilung, Integration von Leitungsinfra-strukturen mit Versorgungsmodi auf Binnenschifffahrtswegen, Schiene und Straße

Themenfeld 3: Nutzung

Das Hauptaugenmerk für den Einsatz von Wasserstoff liegt in der langfristigen Reduktion der CO2-Emissionen in Industrie, Verkehr und dem Wärmemarkt. In diesem Kontext sollen die verschiedenen Technologien zur Nutzung von Wasserstoff und seiner Folgeprodukte angepasst und Anwendungen hinsichtlich ihrer technischen Machbarkeit demonstriert werden. Ziel ist es langfristig fossile Brennstoffe durch grünen bzw. klimaneutralen Wasserstoff zu ersetzen und Anlagen und Prozesse daran anzupassen. Dabei können bereits existierende Infrastrukturen genutzt und erweitert bzw. angepasst werden.

In diesem Themenfeld können Forschungs- und Entwicklungsarbeiten beispielhaft in folgenden Bereichen gefördert werden:

• Brennstoffzelle: wasserstoff-basierte Brennstoffzellen (Komponenten- und Systemebene), Übergangstechnologien unter Einbeziehung von Erdgas- und Flüssigbrennstoffreformern, reversibel einsetzbare Systeme (Wasserstoff ↔Strom), Brennstoffzellenantriebe, stationäre Brennstoffzellen zur Erzeugung von Strom und Wärme, Entwicklung von massenfertigungs-tauglichen Prozessen für die Brennstoffzellen-Stack- und Aggregatsproduktion.
• Wasserstoffnutzung in Motoren und Turbinen für stationäre oder mobile Anwendungen
• Wasserstoffnutzung in Industrieprozessen: Verringerung prozessbedingter CO2-Emissionen durch Entwicklung/Etablierung alternativer Technologien mit keinem oder sehr geringem CO2-Ausstoß in verschiedenen Industriezweigen.
• Wasserstoffnutzung in Quartieren: systemische Nutzung von Wasserstoff im Quartier mit integraler Betrachtung von Strom, Wärme, Kälte, Mobilität; Steigerung der Nutzungsgrade durch verbrauchernahe Abwärmenutzung der Elektrolyse oder der Brennstoffzellen,

Wasserstofferzeugung und -speicherung als stabilisierendes Element im Stromnetz.

Themenfeld 4: Standardisierung und Qualitätsmanagement

In allen Themenfeldern können übergreifende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Standardisierung und Qualitätssicherung gefördert werden.

International einheitliche Normen, Standards und Prüfrichtlinien sollen dazu entworfen oder bestehende auf die neuen Technologien angepasst werden.

Dazu gehören folgende Aspekte:

• Einheitliche Schnittstellen, z. B. bei Komponenten, Anlagen, Transport- und Leitungs-systemen,
• national und international Bewertung der Anlageneffizienz und Qualität zur Vergleichbarkeit und Marktransparenz,
• Harmonisierung der Herkunftsnachweise und Zertifizierung für Wasserstoff,
• Sicherheitskonzepte und Schutzkonzepte für Wasserstoff-Infrastruktur, Betrieb und Nutzung von Wasserstofftechnologien,
• Geeignete Metrologie: Überwachungs- und Sicherheitstechnik, Messung von H2-Verbrauch und möglichen Emissionen,
• Verdichtung und Reinigung von Wasserstoff, Abscheidung aus Gasgemischen,
• Verbrennungstechnische Eigenschaften bei Prozessgasschwankungen (dynamische Gaskonditionierung)

Themenfeld 5: Systemanalytische Aspekte

Spezifische systemanalytische Untersuchung (u.a. technoökonomische Bewertungen, LCA, Technikfolgenabschätzung, Akzeptanzfragen, Auswirkungen auf den Arbeitsmarkt), die For-schungsarbeiten in den Themenfeldern 1 bis 4 begleiten, sind als Teilprojekt in den technischen Verbünden förderfähig.

Projektskizzen müssen bis zum 30. April 2021 beim Projektträger Jülich (PTJ) eingereicht werden.