F R A U N H O F E R - G E S E L L S C H A F T
00010110
PLATON: DIGITALE PLATTFORMEN FÜR DEN LEITMARKT WASSERSTOFF
H 2 × EE × P 1011 ≤ 1,5
PLATON: DIGITALE PLATTFORMEN FÜR DEN LEITMARKT WASSERSTOFF
Prof. Dr. Heiko Gebauer, Alexander Arzt, Dr. Sebastian Haugk
Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW Dr. Tassilo Schuster, Lydia Bühler, Prof. Dr. Alexander Pflaum
Fraunhofer-Arbeitsgruppe für Supply Chain Services des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS Dr. Anna-Lena Klingler, Dr. Nektaria Tagalidou, Nora Fronemann
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO
4 | 62 Fraunhofer IMW Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
Inhalt
1 Wasserstoff x Erneuerbare Energien x Plattformen = Klimaziele ... 5
2 Hybrides Wertschöpfungsmodell für eine wasserstoffbasierte Wirtschaft ... 10
3 Plattformen sind Treiber für digitale Wertschöpfung ... 20
4 Plattformansätze spielen eine zunehmend wichtige Rolle im Energiebereich ... 22
5 Schlüsselakteure und Endanwendende messen Wasserstoff eine hohe Bedeutung zu ... 36
6 Plattformansätze zur digitalen Wertschöpfung im Kontext von grünem Wasserstoff ... 39
7 Zukunftsbilder für Plattformen in der wasserstoffbasierten Wirtschaft 2030 .... 42
8 Forschungsfragen für den Weg hin zu einem wasserstoffbasierten Wirtschaftssystem ... 51
9 Glossar ... 53
1 0 Verzeichnis der Autorinnen und Autoren ... 58
1 1 Abbildungsverzeichnis ... 60
1 2 Endnoten ... 61
1 Wasserstoff x Erneuerbare Energien x Plattformen = Klimaziele ... 5
2 Hybrides Wertschöpfungsmodell für eine wasserstoffbasierte Wirtschaft ... 10
3 Plattformen sind Treiber für digitale Wertschöpfung ... 20
4 Plattformansätze spielen eine zunehmend wichtige Rolle im Energiebereich ... 22
5 Schlüsselakteure und Endanwendende messen Wasserstoff eine hohe Bedeutung zu ... 36
6 Plattformansätze zur digitalen Wertschöpfung im Kontext von grünem Wasserstoff ...39
7 Zukunftsbilder für Plattformen in der wasserstoffbasierten Wirtschaft 2030 ... 42
8 Forschungsfragen für den Weg hin zu einem wasserstoffbasierten Wirtschaftssystem ...51
9 Glossar ...53
10 Verzeichnis der Autorinnen und Autoren ...58
11 Abbildungsverzeichnis ... 60
12 Endnoten ... 61
Fraunhofer IMW Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
5 | 62
Wasserstoff x Erneuerbare Energien x Plattformen = Klimaziele
1
Wasserstoff x Erneuerbare Energien x Plattformen = Klimaziele
2016 bis 2020 waren die wärmsten Jahre seit Beginn der Aufzeichnungen.
Acht der wärmsten zehn Jahre lagen zwischen 2010 und 2020. Allein 2020 lag die Temperatur weltweit 1,25 °C über dem vorindustriellen Niveau. In Europa war 2020 durch die außergewöhnliche Hitzewelle das mit Abstand wärmste Jahr mit mehr als 2,2 °C über dem vorindustriellen Zeitraum.1 Folglich wurde 2020 in Europa die
festgelegte Temperaturgrenze des Pariser Klimaabkommens überschritten und das Ziel, die globale Erwärmung auf weniger als 2 °C, am besten auf 1,5 °C, gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu beschränken, verfehlt.
Das sind die gegenwärtig unangenehmen Fakten zum Klimawandel. An diesen Fakten ändert selbst die Verringerung der deutschen CO2-Emissionen um 80 Millionen Tonnen im Pandemiejahr 2020 wenig. Die CO2-Emissionen werden zweifellos wieder steigen, wenn sich unsere Wirtschaft schrittweise erholt. Nur durch Erreichung der Pariser Klimaziele können wir die Auswirkungen des Klimawandels reduzieren.
Strom macht nur circa 20 Prozent des gesamten Energieverbrauchs aus.
Der Ausbau der erneuerbaren Energien (z. B. Wind- und Sonnenenergie) reduzierte die CO2-Emissionen, allerdings betrafen die Einsparungen bisher fast ausschließlich den Stromverbrauch. Strom macht gegenwärtig jedoch nur circa 20 Prozent unseres gesamten Endenergieverbrauchs aus.2 Der Stromwende sollte eine Energiewende folgen. Um die CO2-Emissionen weiter zu senken, müssen zusätzlich zur Reduktion des Energieverbrauchs weitere bisherige Energieträger, wie z. B. Mineralölprodukte in den Bereichen Verkehr, Industrie und Haushalte, durch CO2-neutrale Energieträger wie Wasserstoff ersetzt werden.
Abbildung 1: Treibhausgasemissionen (in Mio. t CO2-Äquivalente), Energieträger und -verbrauch in Deutschland (Eigene Darstellung © Fraunhofer IMW)
35% 35%
15%
11%
15%
1%
9% 1%
9%
21%
6%
15%
25%
Gesamt:
14 905 Petajoule
Gesamt:
12 779 Petajoule Erneuerbare
Energien Sonstige
Steinkohle Braunkohle
2019 1990
0 1990 200 400
2000 2010 2019 vorläufig
Kernenergie Gase Mineralöl
600 800 1000 1200 1400
H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
6 | 62 Fra
unhofer IM W
Fra unhofer IIS
Fra unhofer IA O PLA
TO N: D igi tal e P lattfo rmen für
den Leit mark t W asse rst off
H × 2
EE × P
≤ 1 1011
,5
Was ser sto ff x Er neu erbar e
Ene rgie n x Pla ttform en
=
Klim azie le Mit grün
em Was sers toff e rreiche n w ir unser e Kl imaz iele .
Wass erstoff , erz eug t durc h e rneu erb are En erg ien (»
grüne r Wa sserstoff
«), b iete t die Mög lic hke it,
die se E nerg ieträ ger we ite r zu erse tzen , di e CO -Em 2
iss ione n zu reduz ier en u nd dadur ch die
Klim azi ele zu erre ich en.
Wass erstoff hat zw ei we sen tlic he V orte ile :
Was ser stoff ermö glic ht es, er neu erbar e En ergi e zu sp eic her n un d nahe zu
verl ustfre i v om Or t d er Was ser stoff produk
tion zum Ort d er
Was ser stoff nutzu ng z u tran spo rtie ren.
Was ser stoff kan n flexi bel i n W irt sch aft sbe rei chen eing ese tzt wer den, die s ich
nicht ode r nu r s chw er ele ktr ifizi ere n la sse n. H ier zu zä hlen beis pie lsw eis e die
Käl te- un d W ärm eve rsorgu ng, der Mobili tät sbe rei ch und di e Ind ust rie n,
in d enen W ass ers toff als En erg ieträ ger, Kra ft- und Brenn stoff oder al s Ro hstoff
dien en ka nn.
Die Ef fizi enz bei d er U mwan dlung von Ene rgi e in Was ser stoff biet et jedo ch no ch
Ver bess erun gspote nzia l.
Wasserst off ist der alt e un d neu e
»R ocksta r«
un ter den Ene rg
ieträge rn .
Übe r W ass ers toff als H offnu ngst räge r
spre che n wir scho
n s ehr l ange . Jule s V erne
schr ieb 18 70:
»D ie Ene rgi e v on m orgen i st
Was ser , das durch ele ktr isc hen Str om z erle gt
wor den is t. D ie so z erleg ten El emen te d es
Was ser s, W ass ers toff und Sa uers toff , wer den
auf u nabs ehb are Zei t hi naus die
Ene rgi eve rsorg ung der E rde sich ern.
«
Für 20 50 wird prognos
tiz ier t,
dass W ass ers toff 10 Pr ozen t bi s 23 Pr ozen t
des ges amt en E ner giev erbra uchs in de
r
Europ äis chen Uni on dec ken kann
3 . D azu i st
es notw end ig, alle in i n Deut schl and die
Ele ktr olys eka pazi tät für d ie Her ste llu ng vo n
Wass erst off m itte lfri stig im zw eis tel lige n
Gig awat tber eic h a ufzuba
4 uen.
Die Prod ukt ion von gr üne m W ass ers toff mus s
dahe r a ls e ine ges amtge sel lscha ftli che
Aufg abe begriff en w erde n, di e nu r du rch das
erfo lgr eich e Zu sam men wirk en v on Po liti k,
Wirt sch aft und G ese lls cha ft bew älti gt wer den
kann .
Wasserst off als n euen L
eitmar kt in
Deutschland zu etabl ier en, mu ss
desweg en zu
ein em vorra
ng igen Zi el
werden. Le itm arkt bed eute t, » grün en«
Wass erst off zu ei nem bed euten den ne uen
Wirts cha ftsbe reic h in D eutsc hland un d
Europ a a ufzuba uen und als nach halti gen
Gara nten f ür unse
ren zukü nfti gen Wohl sta nd
zu vers teh en.
Ei ne e rfo lgr eich e W asser sto ff-
Ind ustr ie kön nte i n Europ a s chätzun gsw eis e 5,4 Mi llion en A rbe its plät ze s chaf fen u nd
Unte rne hm en e ine n J ahr esu msat z von bi
s zu 800 M illi arde n E uro er mögl iche
5 n.
Grau er Wass erst
off
Aus fos sile n Bre nnst offen gew onne n.
CO w 2
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Atmo sph äre abge gebe n.
Blauer Wasserstof
f
Auf f ossi lem Erdg as (Meth an C H ) 4
bas ier end.
CO w 2
ird in K aver nen
gespe ich ert , was bil anz iell a ls
CO -ne 2
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Pinker Wass erst
off
Durc h El ekt rol yse mi tte ls A toms trom
gew onn en.
Türkis er W asserstof f
Übe r t herm isc he S paltun g v on
Met han ( Met hanp yrol yse) herge ste llt.
Ans tel le von CO entst 2
eht f est er
Koh len stoff .
Grüner Wassersto
ff
Durc h Ele ktro lys e vo n Wass er
her ges tel lt.
A ussc hlie ßlich e N utzun g
von St rom au s e rneu erbar en
Ener gien , d aher CO -fre 2
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Golden er Wasse rsto
ff
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nem
Was ser sto ff, bei des sen Her stel lun g
ledi glic h Übe rschu ssk apa zitä ten
von St rom au s e rneu erbar en
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6 | 63 Fra
unhofer IM W
Fra unhofer IIS
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TO N: D igi tal e P lattfo rmen für
den Leit mark t W asse rst off
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3 . D azu i st
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Blauer Wasserstof
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A ussc hlie ßlich e N utzun g
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6 | 62 Fraunhofer IMW Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
Wasserstoff x Erneuerbare
Energien x Plattformen = Klimaziele
Mit grünem Wasserstoff erreichen wir unsere Klimaziele.
Wasserstoff, erzeugt durch erneuerbare Energien (»grüner Wasserstoff«), bietet die Möglichkeit, diese Energieträger weiter zu ersetzen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und dadurch die Klimaziele zu erreichen. Wasserstoff hat zwei wesentliche Vorteile:
Wasserstoff ermöglicht es, erneuerbare Energie zu speichern und nahezu verlustfrei vom Ort der Wasserstoffproduktion zum Ort der
Wasserstoffnutzung zu transportieren.
Wasserstoff kann flexibel in Wirtschaftsbereichen eingesetzt werden, die sich nicht oder nur schwer elektrifizieren lassen. Hierzu zählen beispielsweise die Kälte- und Wärmeversorgung, der Mobilitätsbereich und die Industrien, in denen Wasserstoff als Energieträger, Kraft- und Brennstoff oder als Rohstoff dienen kann.
Die Effizienz bei der Umwandlung von Energie in Wasserstoff bietet jedoch noch Verbesserungspotenzial.
Wasserstoff ist der alte und neue
»Rockstar« unter den Energieträgern.
Über Wasserstoff als Hoffnungsträger sprechen wir schon sehr lange. Jules Verne schrieb 1870: »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die
Energieversorgung der Erde sichern.«
Für 2050 wird prognostiziert,
dass Wasserstoff 10 Prozent bis 23 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der Europäischen Union decken kann.3 Dazu ist es notwendig, allein in Deutschland die Elektrolysekapazität für die Herstellung von Wasserstoff mittelfristig im zweistelligen Gigawattbereich aufzubauen.4
Die Produktion von grünem Wasserstoff muss daher als eine gesamtgesellschaftliche
Aufgabe begriffen werden, die nur durch das erfolgreiche Zusammenwirken von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bewältigt werden kann.
Wasserstoff als neuen Leitmarkt in Deutschland zu etablieren, muss deswegen zu einem vorrangigen Ziel werden. Leitmarkt bedeutet, »grünen«
Wasserstoff zu einem bedeutenden neuen Wirtschaftsbereich in Deutschland und Europa aufzubauen und als nachhaltigen Garanten für unseren zukünftigen Wohlstand zu verstehen. Eine erfolgreiche Wasserstoff- Industrie könnte in Europa schätzungsweise 5,4 Millionen Arbeitsplätze schaffen und Unternehmen einen Jahresumsatz von bis zu 800 Milliarden Euro ermöglichen.5 Grauer Wasserstoff
Aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
CO2 wird ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben.
Blauer Wasserstoff
Auf fossilem Erdgas (Methan CH4) basierend. CO2 wird in Kavernen gespeichert, was bilanziell als CO2-neutral gilt.
Pinker Wasserstoff
Durch Elektrolyse mittels Atomstrom gewonnen.
Türkiser Wasserstoff Über thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt.
Anstelle von CO2 entsteht fester Kohlenstoff.
Grüner Wasserstoff Durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Ausschließliche Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien, daher CO2-frei.
Goldener Wasserstoff Gesonderte Form von grünem Wasserstoff, bei dessen Herstellung lediglich Überschusskapazitäten von Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden.
6 | 62 Fraunhofer IMW
Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
Wasserstoff x Erneuerbare
Energien x Plattformen = Klimaziele
Mit grünem Wasserstoff erreichen wir unsere Klimaziele.
Wasserstoff, erzeugt durch erneuerbare Energien (»grüner Wasserstoff«), bietet die Möglichkeit, diese Energieträger weiter zu ersetzen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und dadurch die Klimaziele zu erreichen. Wasserstoff hat zwei wesentliche Vorteile:
Wasserstoff ermöglicht es, erneuerbare Energie zu speichern und nahezu verlustfrei vom Ort der Wasserstoffproduktion zum Ort der
Wasserstoffnutzung zu transportieren.
Wasserstoff kann flexibel in Wirtschaftsbereichen eingesetzt werden, die sich nicht oder nur schwer elektrifizieren lassen. Hierzu zählen beispielsweise die Kälte- und Wärmeversorgung, der Mobilitätsbereich und die Industrien, in denen Wasserstoff als Energieträger, Kraft- und Brennstoff oder als Rohstoff dienen kann.
Die Effizienz bei der Umwandlung von Energie in Wasserstoff bietet jedoch noch Verbesserungspotenzial.
Wasserstoff ist der alte und neue
»Rockstar« unter den Energieträgern.
Über Wasserstoff als Hoffnungsträger sprechen wir schon sehr lange. Jules Verne schrieb 1870: »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die
Energieversorgung der Erde sichern.«
Für 2050 wird prognostiziert,
dass Wasserstoff 10 Prozent bis 23 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der Europäischen Union decken kann.3 Dazu ist es notwendig, allein in Deutschland die Elektrolysekapazität für die Herstellung von Wasserstoff mittelfristig im zweistelligen Gigawattbereich aufzubauen.4
Die Produktion von grünem Wasserstoff muss daher als eine gesamtgesellschaftliche
Aufgabe begriffen werden, die nur durch das erfolgreiche Zusammenwirken von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bewältigt werden kann.
Wasserstoff als neuen Leitmarkt in Deutschland zu etablieren, muss deswegen zu einem vorrangigen Ziel werden. Leitmarkt bedeutet, »grünen«
Wasserstoff zu einem bedeutenden neuen Wirtschaftsbereich in Deutschland und Europa aufzubauen und als nachhaltigen Garanten für unseren zukünftigen Wohlstand zu verstehen. Eine erfolgreiche Wasserstoff- Industrie könnte in Europa schätzungsweise 5,4 Millionen Arbeitsplätze schaffen und Unternehmen einen Jahresumsatz von bis zu 800 Milliarden Euro ermöglichen.5 Grauer Wasserstoff
Aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
CO2 wird ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben.
Blauer Wasserstoff
Auf fossilem Erdgas (Methan CH4) basierend. CO2 wird in Kavernen gespeichert, was bilanziell als CO2-neutral gilt.
Pinker Wasserstoff
Durch Elektrolyse mittels Atomstrom gewonnen.
Türkiser Wasserstoff Über thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt.
Anstelle von CO2 entsteht fester Kohlenstoff.
Grüner Wasserstoff Durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Ausschließliche Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien, daher CO2-frei.
Goldener Wasserstoff Gesonderte Form von grünem Wasserstoff, bei dessen Herstellung lediglich Überschusskapazitäten von Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden.
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Wasserstoff x Erneuerbare
Energien x Plattformen = Klimaziele
Mit grünem Wasserstoff erreichen wir unsere Klimaziele.
Wasserstoff, erzeugt durch erneuerbare Energien (»grüner Wasserstoff«), bietet die Möglichkeit, diese Energieträger weiter zu ersetzen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und dadurch die Klimaziele zu erreichen. Wasserstoff hat zwei wesentliche Vorteile:
Wasserstoff ermöglicht es, erneuerbare Energie zu speichern und nahezu verlustfrei vom Ort der Wasserstoffproduktion zum Ort der
Wasserstoffnutzung zu transportieren.
Wasserstoff kann flexibel in Wirtschaftsbereichen eingesetzt werden, die sich nicht oder nur schwer elektrifizieren lassen. Hierzu zählen beispielsweise die Kälte- und Wärmeversorgung, der Mobilitätsbereich und die Industrien, in denen Wasserstoff als Energieträger, Kraft- und Brennstoff oder als Rohstoff dienen kann.
Die Effizienz bei der Umwandlung von Energie in Wasserstoff bietet jedoch noch Verbesserungspotenzial.
Wasserstoff ist der alte und neue
»Rockstar« unter den Energieträgern.
Über Wasserstoff als Hoffnungsträger sprechen wir schon sehr lange. Jules Verne schrieb 1870: »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die
Energieversorgung der Erde sichern.«
Für 2050 wird prognostiziert,
dass Wasserstoff 10 Prozent bis 23 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der Europäischen Union decken kann.3 Dazu ist es notwendig, allein in Deutschland die Elektrolysekapazität für die Herstellung von Wasserstoff mittelfristig im zweistelligen Gigawattbereich aufzubauen.4
Die Produktion von grünem Wasserstoff muss daher als eine gesamtgesellschaftliche
Aufgabe begriffen werden, die nur durch das erfolgreiche Zusammenwirken von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bewältigt werden kann.
Wasserstoff als neuen Leitmarkt in Deutschland zu etablieren, muss deswegen zu einem vorrangigen Ziel werden. Leitmarkt bedeutet, »grünen«
Wasserstoff zu einem bedeutenden neuen Wirtschaftsbereich in Deutschland und Europa aufzubauen und als nachhaltigen Garanten für unseren zukünftigen Wohlstand zu verstehen. Eine erfolgreiche Wasserstoff- Industrie könnte in Europa schätzungsweise 5,4 Millionen Arbeitsplätze schaffen und Unternehmen einen Jahresumsatz von bis zu 800 Milliarden Euro ermöglichen.5 Grauer Wasserstoff
Aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
CO2 wird ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben.
Blauer Wasserstoff
Auf fossilem Erdgas (Methan CH4) basierend. CO2 wird in Kavernen gespeichert, was bilanziell als CO2-neutral gilt.
Pinker Wasserstoff
Durch Elektrolyse mittels Atomstrom gewonnen.
Türkiser Wasserstoff Über thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt.
Anstelle von CO2 entsteht fester Kohlenstoff.
Grüner Wasserstoff Durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Ausschließliche Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien, daher CO2-frei.
Goldener Wasserstoff Gesonderte Form von grünem Wasserstoff, bei dessen Herstellung lediglich Überschusskapazitäten von Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden.
H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
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Wasserstoff x Erneuerbare Energien x Plattformen = Klimaziele
Politik fördert grünen Wasserstoff. Aufbauend auf dem European Green Deal der Europäischen Kommission zur Erreichung der europäischen Klimaneutralität bis 2050 möchte die Bundesregierung mit der nationalen Wasserstoffstrategie den
Markthochlauf von Wasserstoff bis 2030 erreichen. Einzelne Förderprogramme, die dazu beitragen, sind beispielsweise:
Das »Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie«,
Der »Energie- und Klimafonds für anwendungsorientierte Grundlagenforschung zu grünem Wasserstoff«,
Die »Hyland – Wasserstoffregionen in Deutschland«.6
Weitere Förderprogramme werden folgen. Anfang 2021 gab die Bundesregierung beispielsweise bekannt, bis 2025 weitere 700 Millionen Euro in die Forschung rund um Wasserstoff zu investieren. Dies soll Deutschland befähigen, sich als Leitmarkt und globaler Leitanbieter für Wasserstofftechnologien zu etablieren. Diese Investitionen haben das Ziel, die EU-Wasserstoffinitiativen weiter zu beschleunigen und die
unternehmerischen Anstrengungen zu stärken, um so zur Umsetzung der europäischen Wasserstoffstrategie beizutragen.7
Unternehmen investieren zunehmend in Wasserstoff. Unternehmen haben die Vorteile von Wasserstoff erkannt. Dies wird nicht nur durch den kurzfristigen Boom von Wasserstoffaktien und die seit längerem anhaltende hohe Anzahl an
Patentanmeldungen, sondern auch durch gegenwärtige Investitionen, Pilotprojekte und Aktivitäten von Unternehmen im Wasserstoffbereich deutlich.
Der Boom der Wasserstoffaktien erfreut nicht nur die Anleger, sondern vereinfacht es den Wasserstoffunternehmen, ihren Finanzmittelbedarf zu decken und Innovationen weiter voranzutreiben. Bei den Patentanmeldungen sind deutsche
Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen in der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie international führend. Beim Vergleich der
Patentanmeldungen für Elektrolyse-Technologien belegt Deutschland beispielsweise den zweiten Platz nach Japan, aber vor China, Frankreich und den USA.8
Wasserstoff benötigt Kraftanstrengungen bei den erneuerbaren Energien. Unternehmen und Politik investieren und fördern nicht nur
Technologien und Wertschöpfungsaktivitäten zur Herstellung (Elektrolyseure), zum Transport (Wasserstoffträgermaterialien wie Liquid organic hydrogen carriers) und zur Nutzung
(Brennstoffzelle) von Wasserstoff, sondern auch den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien – von großen, zentralen Offshore-Windparks bis hin zu kleinen, dezentralen Solaranlagen.9 Ohne einen weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien wird der Aufbau eines nachhaltigen, auf grünem Wasserstoff basierenden Wirtschaftssystems nicht zu realisieren sein.
Datenökonomie bezieht sich auf die wirtschaftliche Nutzung von Daten auf Basis digitaler Ökosysteme, in denen Daten gesammelt, organisiert und ausgetauscht werden mit dem Ziel, einen ökonomischen Wert zu generieren.
Plattformökonomie bezieht sich auf wirtschaftliche und soziale Aktivitäten mit Wertschöpfungsmechaniken, die primär über digitale
Plattformen abgewickelt werden.
6 | 62 Fra
unhofer IM W
Fra unhofer IIS
Fra unhofer IA O PLA
TO N: D igi tal e P lattfo rmen für
den Leit mark t W asse rst off
H × 2
EE × P
≤ 1 1011
,5
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Ene rgie n x Pla ttform en
=
Klim azie le Mit grün
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«), b iete t die Mög lic hke it,
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Klim azi ele zu erre ich en.
Wass erstoff hat zw ei we sen tlic he V orte ile :
Was ser stoff ermö glic ht es, er neu erbar e En ergi e zu sp eic her n un d nahe zu
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Was ser stoff nutzu ng z u tran spo rtie ren.
Was ser stoff kan n flexi bel i n W irt sch aft sbe rei chen eing ese tzt wer den, die s ich
nicht ode r nu r s chw er ele ktr ifizi ere n la sse n. H ier zu zä hlen beis pie lsw eis e die
Käl te- un d W ärm eve rsorgu ng, der Mobili tät sbe rei ch und di e Ind ust rie n,
in d enen W ass ers toff als En erg ieträ ger, Kra ft- und Brenn stoff oder al s Ro hstoff
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Die Ef fizi enz bei d er U mwan dlung von Ene rgi e in Was ser stoff biet et jedo ch no ch
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Wasserst off ist der alt e un d neu e
»R ocksta r«
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Übe r W ass ers toff als H offnu ngst räge r
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n s ehr l ange . Jule s V erne
schr ieb 18 70:
»D ie Ene rgi e v on m orgen i st
Was ser , das durch ele ktr isc hen Str om z erle gt
wor den is t. D ie so z erleg ten El emen te d es
Was ser s, W ass ers toff und Sa uers toff , wer den
auf u nabs ehb are Zei t hi naus die
Ene rgi eve rsorg ung der E rde sich ern.
«
Für 20 50 wird prognos
tiz ier t,
dass W ass ers toff 10 Pr ozen t bi s 23 Pr ozen t
des ges amt en E ner giev erbra uchs in de
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3 . D azu i st
es notw end ig, alle in i n Deut schl and die
Ele ktr olys eka pazi tät für d ie Her ste llu ng vo n
Wass erst off m itte lfri stig im zw eis tel lige n
Gig awat tber eic h a ufzuba
4 uen.
Die Prod ukt ion von gr üne m W ass ers toff mus s
dahe r a ls e ine ges amtge sel lscha ftli che
Aufg abe begriff en w erde n, di e nu r du rch das
erfo lgr eich e Zu sam men wirk en v on Po liti k,
Wirt sch aft und G ese lls cha ft bew älti gt wer den
kann .
Wasserst off als n euen L
eitmar kt in
Deutschland zu etabl ier en, mu ss
desweg en zu
ein em vorra
ng igen Zi el
werden. Le itm arkt bed eute t, » grün en«
Wass erst off zu ei nem bed euten den ne uen
Wirts cha ftsbe reic h in D eutsc hland un d
Europ a a ufzuba uen und als nach halti gen
Gara nten f ür unse
ren zukü nfti gen Wohl sta nd
zu vers teh en.
Ei ne e rfo lgr eich e W asser sto ff-
Ind ustr ie kön nte i n Europ a s chätzun gsw eis e 5,4 Mi llion en A rbe its plät ze s chaf fen u nd
Unte rne hm en e ine n J ahr esu msat z von bi
s zu 800 M illi arde n E uro er mögl iche
5 n.
Grau er Wass erst
off
Aus fos sile n Bre nnst offen gew onne n.
CO w 2
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Atmo sph äre abge gebe n.
Blauer Wasserstof
f
Auf f ossi lem Erdg as (Meth an C H ) 4
bas ier end.
CO w 2
ird in K aver nen
gespe ich ert , was bil anz iell a ls
CO -ne 2
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Pinker Wass erst
off
Durc h El ekt rol yse mi tte ls A toms trom
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Türkis er W asserstof f
Übe r t herm isc he S paltun g v on
Met han ( Met hanp yrol yse) herge ste llt.
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Grüner Wassersto
ff
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Was ser stoff ermö glic ht es, er neu erbar e En ergi e zu sp eic her n un d nahe zu
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Die Ef fizi enz bei d er U mwan dlung von Ene rgi e in Was ser stoff biet et jedo ch no ch
Ver bess erun gspote nzia l.
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Ei ne e rfo lgr eich e W asser sto ff-
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Unte rne hm en e ine n J ahr esu msat z von bi
s zu 800 M illi arde n E uro er mögl iche
5 n.
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Blauer Wasserstof
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bas ier end.
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ird in K aver nen
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Pinker Wass erst
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Durc h El ekt rol yse mi tte ls A toms trom
gew onn en.
Türkis er W asserstof f
Übe r t herm isc he S paltun g v on
Met han ( Met hanp yrol yse) herge ste llt.
Ans tel le von CO entst 2
eht f est er
Koh len stoff .
Grüner Wassersto
ff
Durc h Ele ktro lys e vo n Wass er
her ges tel lt.
A ussc hlie ßlich e N utzun g
von St rom au s e rneu erbar en
Ener gien , d aher CO -fre 2
i.
Golden er Wasse rsto
ff
Ges onde rte Form vo n grü
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Was ser sto ff, bei des sen Her stel lun g
ledi glic h Übe rschu ssk apa zitä ten
von St rom au s e rneu erbar en
Ener gien ein ges etzt w erden .
H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
8 | 62 Fraunhofer IMW Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
Wasserstoff x Erneuerbare
Energien x Plattformen = Klimaziele
Abbildung 2: Produktion grüner Wasserstoff als gesamtgesellschaftliche Herausforderung (Eigene Darstellung © Fraunhofer IMW)
Durch ein Mitdenken der digitalen Wertschöpfung zahlen sich erneuerbare Energien und Wasserstoff mehr aus. Erst durch das Mitdenken der digitalen Realität (beginnend mit Daten bis hin zu plattformbasierten Ansätzen) werden sich die hohen Investitionen in den Leitmarkt für grünen Wasserstoff auszahlen (H2 x EE x P1011 ≤ +1,5°). Dies zeigen jedenfalls Erfahrungen aus anderen Wirtschaftsbereichen (z. B.
Fertigungsindustrie, Mobilitätsbereich), in denen sich die Wertschöpfungsanteile zunehmend von der physischen in die digitale Welt verschieben. Attraktive Gewinne, rapides Umsatzwachstum und hohe Marktkapitalisierung erzielen nicht mehr die Unternehmen, die nur physische Produkte und Dienstleistungen entwickeln und vermarkten, sondern diejenigen, die ebenfalls Ideen der Daten- und Plattformökonomie erfolgreich in digitale Technologien wie Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen, Big Data und das Internet der Dinge umsetzen (IoT), massiv investieren und neuartige Geschäftsmodelle entwickeln.
Stimmen zu Grünem Wasserstoff aus Politik und Wirtschaft
»Ich sehe im Grünen Wasserstoff eine innovations- und
industriepolitische Jahrhundertchance für Deutschland. Wir wollen unser Land zum Leitmarkt (…) für Wasserstofftechnologien machen.«10 Anja Karliczek, Bundesministerin für Bildung und Forschung
»Grüner Wasserstoff ist ein zentraler Energieträger der Zukunft, den wir auf dem Weg zur Klimaneutralität brauchen.«11
Peter Altmaier, Bundesminister für Wirtschaft und Energie
»Heutige Wasserstoff-Anwendungen müssen raus aus den Reallaboren und rein in die Realwirtschaft.«12
Dr. rer. nat. Volkmar Denner, Vorsitzender der Geschäftsführung der Robert Bosch GmbH
6 | 62 Fraunhofer IMW
Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
Wasserstoff x Erneuerbare
Energien x Plattformen = Klimaziele
Mit grünem Wasserstoff erreichen wir unsere Klimaziele.
Wasserstoff, erzeugt durch erneuerbare Energien (»grüner Wasserstoff«), bietet die Möglichkeit, diese Energieträger weiter zu ersetzen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und dadurch die Klimaziele zu erreichen. Wasserstoff hat zwei wesentliche Vorteile:
Wasserstoff ermöglicht es, erneuerbare Energie zu speichern und nahezu verlustfrei vom Ort der Wasserstoffproduktion zum Ort der
Wasserstoffnutzung zu transportieren.
Wasserstoff kann flexibel in Wirtschaftsbereichen eingesetzt werden, die sich nicht oder nur schwer elektrifizieren lassen. Hierzu zählen beispielsweise die Kälte- und Wärmeversorgung, der Mobilitätsbereich und die Industrien, in denen Wasserstoff als Energieträger, Kraft- und Brennstoff oder als Rohstoff dienen kann.
Die Effizienz bei der Umwandlung von Energie in Wasserstoff bietet jedoch noch Verbesserungspotenzial.
Wasserstoff ist der alte und neue
»Rockstar« unter den Energieträgern.
Über Wasserstoff als Hoffnungsträger sprechen wir schon sehr lange. Jules Verne schrieb 1870: »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die
Energieversorgung der Erde sichern.«
Für 2050 wird prognostiziert,
dass Wasserstoff 10 Prozent bis 23 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der Europäischen Union decken kann.3 Dazu ist es notwendig, allein in Deutschland die Elektrolysekapazität für die Herstellung von Wasserstoff mittelfristig im zweistelligen Gigawattbereich aufzubauen.4
Die Produktion von grünem Wasserstoff muss daher als eine gesamtgesellschaftliche
Aufgabe begriffen werden, die nur durch das erfolgreiche Zusammenwirken von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bewältigt werden kann.
Wasserstoff als neuen Leitmarkt in Deutschland zu etablieren, muss deswegen zu einem vorrangigen Ziel werden. Leitmarkt bedeutet, »grünen«
Wasserstoff zu einem bedeutenden neuen Wirtschaftsbereich in Deutschland und Europa aufzubauen und als nachhaltigen Garanten für unseren zukünftigen Wohlstand zu verstehen. Eine erfolgreiche Wasserstoff- Industrie könnte in Europa schätzungsweise 5,4 Millionen Arbeitsplätze schaffen und Unternehmen einen Jahresumsatz von bis zu 800 Milliarden Euro ermöglichen.5 Grauer Wasserstoff
Aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
CO2 wird ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben.
Blauer Wasserstoff
Auf fossilem Erdgas (Methan CH4) basierend. CO2 wird in Kavernen gespeichert, was bilanziell als CO2-neutral gilt.
Pinker Wasserstoff
Durch Elektrolyse mittels Atomstrom gewonnen.
Türkiser Wasserstoff Über thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt.
Anstelle von CO2 entsteht fester Kohlenstoff.
Grüner Wasserstoff Durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Ausschließliche Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien, daher CO2-frei.
Goldener Wasserstoff Gesonderte Form von grünem Wasserstoff, bei dessen Herstellung lediglich Überschusskapazitäten von Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden.
2018 WIRTSCHAFT
POLITIK
2019 2020
Audi und Hyundai kooperieren
bei Brennstoffzelle Anlagenbauer drängen
auf Förderung für Wasserstoff BP, RWE und Evonik
setzen auf Wasserstoff MAN Energy Solutions investiert in Elektrolyseur-Hersteller H-TEC Systems MAN – erste Prototypen
für H2-Fahrzeuge ABB forscht an Durchflussmesser für
Wasserstoff-Brennzelle
NORTH2: Shell – größtes Wasser- stoff-Projekt Europas Daimler und Ford geben gemeinsame
Brennstoffzellen-Entwicklung auf Erste Tests von
H2-Bussen Netzbetreiber – gemeinsame
Power-to-X-Projekte Viessmann und Vaillant – Brennstoffzellen
auf Wasserstoff ausgerichtet
Grüner Wasserstoff weltweit auf dem Vormarsch
Der Green Deal – Milliardenpakt für das Klima Aufbau von Wasserstoff-
Laboren Anlage für Wasserstoff-
Elektrolyse in Hamburg geplant
Linde erweitert Geschäft mit Wasserstoff-Brennstoffzellen durch
Beteiligung an ITM Power
Grüner Wasserstoff: Politik entdeckt die Alternative zum Strom
6 | 62 Fraunhofer IMW
Fraunhofer IIS Fraunhofer IAO
PLATON: Digitale Plattformen für den Leitmarkt Wasserstoff H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
Wasserstoff x Erneuerbare
Energien x Plattformen = Klimaziele
Mit grünem Wasserstoff erreichen wir unsere Klimaziele.
Wasserstoff, erzeugt durch erneuerbare Energien (»grüner Wasserstoff«), bietet die Möglichkeit, diese Energieträger weiter zu ersetzen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und dadurch die Klimaziele zu erreichen. Wasserstoff hat zwei wesentliche Vorteile:
Wasserstoff ermöglicht es, erneuerbare Energie zu speichern und nahezu verlustfrei vom Ort der Wasserstoffproduktion zum Ort der
Wasserstoffnutzung zu transportieren.
Wasserstoff kann flexibel in Wirtschaftsbereichen eingesetzt werden, die sich nicht oder nur schwer elektrifizieren lassen. Hierzu zählen beispielsweise die Kälte- und Wärmeversorgung, der Mobilitätsbereich und die Industrien, in denen Wasserstoff als Energieträger, Kraft- und Brennstoff oder als Rohstoff dienen kann.
Die Effizienz bei der Umwandlung von Energie in Wasserstoff bietet jedoch noch Verbesserungspotenzial.
Wasserstoff ist der alte und neue
»Rockstar« unter den Energieträgern.
Über Wasserstoff als Hoffnungsträger sprechen wir schon sehr lange. Jules Verne schrieb 1870: »Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die
Energieversorgung der Erde sichern.«
Für 2050 wird prognostiziert,
dass Wasserstoff 10 Prozent bis 23 Prozent des gesamten Energieverbrauchs in der Europäischen Union decken kann.3 Dazu ist es notwendig, allein in Deutschland die Elektrolysekapazität für die Herstellung von Wasserstoff mittelfristig im zweistelligen Gigawattbereich aufzubauen.4
Die Produktion von grünem Wasserstoff muss daher als eine gesamtgesellschaftliche
Aufgabe begriffen werden, die nur durch das erfolgreiche Zusammenwirken von Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bewältigt werden kann.
Wasserstoff als neuen Leitmarkt in Deutschland zu etablieren, muss deswegen zu einem vorrangigen Ziel werden. Leitmarkt bedeutet, »grünen«
Wasserstoff zu einem bedeutenden neuen Wirtschaftsbereich in Deutschland und Europa aufzubauen und als nachhaltigen Garanten für unseren zukünftigen Wohlstand zu verstehen. Eine erfolgreiche Wasserstoff- Industrie könnte in Europa schätzungsweise 5,4 Millionen Arbeitsplätze schaffen und Unternehmen einen Jahresumsatz von bis zu 800 Milliarden Euro ermöglichen.5 Grauer Wasserstoff
Aus fossilen Brennstoffen gewonnen.
CO2 wird ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben.
Blauer Wasserstoff
Auf fossilem Erdgas (Methan CH4) basierend. CO2 wird in Kavernen gespeichert, was bilanziell als CO2-neutral gilt.
Pinker Wasserstoff
Durch Elektrolyse mittels Atomstrom gewonnen.
Türkiser Wasserstoff Über thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt.
Anstelle von CO2 entsteht fester Kohlenstoff.
Grüner Wasserstoff Durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Ausschließliche Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien, daher CO2-frei.
Goldener Wasserstoff Gesonderte Form von grünem Wasserstoff, bei dessen Herstellung lediglich Überschusskapazitäten von Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden.
H2 × EE × P1011 ≤ 1,5
