Wasserstoff 2020: Mit Innovation anpacken

In diesem Beitrag untersucht Louis Brasington von der Cleantech Group, wie Unternehmen mit Wasserstoff-Innovatoren zusammenarbeiten.

Die grünen Industrien werden demnächst mit Milliardeninvestitionen von Regierungen überschwemmt, die sich von COVID-19 erholen und den Klimawandel bekämpfen wollen. Diesen Monat stellte Europa seine Wasserstoffstrategie vor:

• Pläne, die Produktionskapazität bis 2024 zu versechsfachen;
• Installation von 40 Gigawatt an Elektrolyseuren bis 2030, ausgehend von 250 Megawatt an globaler Kapazität heute.

Mit einem Anteil von über 70 % am globalen BIP, der mit den Wasserstoff-Roadmaps der Länder verknüpft ist, hat Wasserstoff eine triumphale Rückkehr an die Frontlinie als kritischer Energievektor geschafft. Was ist das Besondere daran? Wasserstoff kann bis 2050 24% des globalen Endenergiebedarfs und 5,4 Millionen Arbeitsplätze ausmachen, wobei er eine sektorale Integrationsrolle spielt, um die Dekarbonisierung in Industrie, Transport, Stromerzeugung und Gebäuden zu unterstützen.

Nicht nur Regierungen setzen auf Wasserstoff, um die Klimaziele für 2050 zu erreichen, auch Unternehmen positionieren sich neu, um auch in einer Zukunft ohne fossile Brennstoffe eine Rolle zu spielen. Infolgedessen engagieren sich die etablierten Unternehmen für die Innovatoren und beteiligen sich aktiv.

Warum sind Corporates interessiert?

Gas-Corporates:

Die Nutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur (und potenziell der Kohlenstoffabscheidung) bietet die Möglichkeit, gestrandete Gas-Assets zu vermeiden, und erlaubt es den Akteuren, die bestehende Pipeline-Infrastruktur und das Erzeugungsnetz zu nutzen, um in einer Welt, die ansonsten auf Elektrifizierung setzt, relevant zu bleiben. Im Mai schlugen fünf führende Gasunternehmen (Cadent, National Grid, NGN, SGN und Wales & West Utilities) einen 1,1 Mrd. $-Plan vor, um einen 5-Jahres-Plan für ein britisches Wasserstoff/Biomethan-Gasnetz zu erstellen.

Ölgesellschaften:

Big Oil hat kollektiv Milliarden für eine nachhaltige Wasserstoffproduktion zugesagt. Wie auch die Gaskonzerne wird grauer/blauer Wasserstoff (Erdgas/CCUS) als großartiger Zwischenschritt gesehen, anstatt voll auf erneuerbare Energien zu setzen, um das Potenzial für gestrandete fossile Brennstoffanlagen zu vermeiden. Da Akteure wie Shell jedoch darauf bedacht sind, große Stromkonzerne zu werden, verfolgen sie intensiv eine Zukunft mit erneuerbaren Energien für die Produktion von grünem Wasserstoff. Repsol plant die Entwicklung einer Anlage, die Kohlendioxid und grünen Wasserstoff nutzt, um emissionsfreie Kraftstoffe für den Transportsektor zu erzeugen, und Shells NortH2-Projekt in der Nordsee sieht bis 2030 3-4 Gigawatt Windenergie für die Wasserstoffproduktion vor, bei 750 MW Elektrolyseurkapazität.

Industrielle Akteure (Stahl, Zement):

Industrielle Akteure wie Paul Wurth und ArcelorMittal haben erklärt, dass das Molekül eine Schlüsselrolle innerhalb ihrer langfristigen Dekarbonisierungsstrategien einnimmt, indem sie wasserstoffbasierte Öfen, Turbinen für die Elektrolyse für Hochtemperaturwärmeanwendungen oder für industrielle Einsatzstoffe verwenden. Aufgrund der langen Lebenszyklen von industriellen Wärme-, Prozess- und Kraftanlagen werden heute Entscheidungen über den Einsatz von Wasserstoff getroffen. Stahl-EPC Paul Wurth arbeitet aktiv mit dem Innovator Sunfire an einem groß angelegten Hochtemperatur-Elektrolyseur-Projekt, MULTIPLHY.

Andere:

Industriegasunternehmen, Automobilkonzerne, Stromversorger und Material-/Komponentenlieferanten haben alle bereits eine Rolle im Bereich Wasserstoff, werden aber auch versuchen, sich an einige der neuen Möglichkeiten anzupassen, die der nachhaltige Wasserstoffmarkt bietet.

Quellen der Innovation

Es entsteht eine neue Wertschöpfungskette von Akteuren, die sich um eine dezentrale, nachhaltige Zukunft bemühen und dabei die wichtigsten Engpässe des Marktes angehen. Hier ist eine Zusammenfassung der Landschaft, mit der sich Unternehmen beschäftigt haben:

Produktion

Die nachhaltige Wasserstoffproduktion ist im Vergleich zu ihrem kohlenstoffbasierten Pendant nach wie vor unwirtschaftlich, da gängige Methoden wie PEM zwischen 4 und 6 US-Dollar pro kWh kosten. Es gibt Innovationen, um die Kapitalkosten der Komponenten zu senken, die Effizienz der Produktionsprozesse zu erhöhen und die Leistung der Materialien zu steigern. Innovatoren wie H2Pro, Ossus Biorenewable und Planetary Hydrogen sind auf der Suche nach neuen Wegen, um die Produktionskosten zu senken.

Speicherung

Die Speicherung von Wasserstoff ist ein kostspieliger und umständlicher Prozess. Üblicherweise wird er in Kompressionstanks als Gas gespeichert, wobei die Kosten weitgehend von den Rohstoffen und anderen Schlüsselkomponenten für die Kompression, Reinigung und Trennung bestimmt werden. Für Akteure wie H2 Energy Now, H2GO Power und GRZ, die nach besseren Möglichkeiten suchen, die Wirtschaftlichkeit auf der Grundlage der volumetrischen Dichte zu verbessern und dabei die Sicherheit in den Vordergrund zu stellen, bestehen Chancen für Innovationen.

Prozess und Infrastruktur

Korrosion, Leckagen, Leistung und Überwachungsgenauigkeit sind nur einige der Probleme, die die bestehende Wertschöpfungskette heute hat. Innovatoren nehmen sich weitgehend jedes Problems einzeln an. Das im letzten Jahr gegründete Unternehmen Divigas hat eine Wasserstofftrennmembran entwickelt, die Sulfite und Verunreinigungen entfernt, die Hitzebeständigkeit erhöht und die Lebensdauer verlängert. Für dezentrale Wasserstoffnutzer wie den Lkw-Sektor ist die Betankung nach wie vor kostspielig und Skaleneffekte sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung.

Verwendung

Sobald die Kosten und die Effizienz im Vorfeld adressiert sind, gibt es eine Fülle von Möglichkeiten für innovative Wasserstoffanwendungen. Die folgende Abbildung zeigt, bei welchen Anwendungen nachhaltiger Wasserstoff eine unterstützende Rolle spielen könnte, einschließlich neuer und bestehender Anwendungen, die derzeit für 60 % der weltweiten energie- und prozessbedingten Emissionen verantwortlich sind.

Die wichtigsten Möglichkeiten, sich mit Innovationen in der Wasserstoffnutzung zu befassen, konzentrieren sich auf die Erhöhung der Auslastung der Anlagen durch die Bündelung der Nachfrage und die Synchronisierung des Einsatzes sowie die Erhöhung der Investitionen in die Versorgungsanlagen. Dies wird die Nachfrage nach neuen Wasserstoffanwendungen wachsen lassen. Zu den Hauptakteuren, die an Wasserstoffanwendungen arbeiten und sich uns auf der Cleantech Interactive anschließen werden, gehören Steamology, Norsk e-Fuel, Sylfen und Hydra Energy. Wie haben sich die Unternehmen engagiert?

Unternehmen haben verschiedene Innovationsansätze genutzt, um sich auf dem aufstrebenden Wasserstoffmarkt zu engagieren.

Corporate Accelerators und Inkubatoren:

Akteure wie Shell und Toyota arbeiten mit Acceleratoren zusammen, um Beschleunigungsprogramme für Unternehmen durchzuführen. Das H2 Refuel Accelerator Programm zum Beispiel ist eine Partnerschaft zwischen Fraunhofer TechBridge, Greentown Labs und dem Urban Future Lab, das sich im Auftrag der beiden Konzerne auf Wasserstoff konzentriert und im letzten Jahr sieben Start-ups inkubiert hat.

Standard Venture (VC) und Corporate Venture Capital (CVC):

Eine Handvoll wasserstoffspezifischer Fonds stellen derzeit Kapital für Start-ups im Frühstadium zur Verfügung, um die Technologieentwicklung zu beschleunigen, mit dem Ziel, das geistige Eigentum in die Aktivitäten der Unternehmensgruppe einzubinden, oder über die LPs der Fondsunternehmen.

• VC: Beispiele sind der kürzlich angekündigte 315-Millionen-Dollar-Fonds HydrogenOne Capital mit Sitz in Großbritannien, der bis Ende 2020 aufgelegt werden soll und von Branchenexperten von Shell und Exxon Mobil verwaltet wird.

• CVC: Hyundai hat Ende 2018 einen 100-Millionen-Dollar-Wasserstoff-Energie-Fonds aufgelegt und seitdem in drei Wasserstoff-Unternehmen investiert, GRZ Technologies, H2Pro und Impact Coatings.

Die Venture-Aktivitäten im Bereich Wasserstoff sind in den letzten Jahren stark angestiegen und belaufen sich 2019 auf 460 Mio. $. Da zudem Regierungen und große Energie- und Industrieunternehmen Pläne ankündigen, in Wasserstoff zu investieren, sind die Aktien von auf Wasserstoff fokussierten Unternehmen wie Bloom Energy und Ceres Power sprunghaft angestiegen.

Strategische Partnerschaften:

In dem Bestreben, die Kapitalkosten für den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur zu teilen, schließen sich die Akteure zusammen und bilden Konsortien. Von 2000 bis 2019 wurden 253 MW an grünen Wasserstoffprojekten realisiert. Bis März 2020 ist diese Pipeline auf 8,2 Gigawatt angewachsen, was dem 31-fachen der heute kumulierten installierten Kapazität entspricht. Zu den wichtigsten strategischen Unternehmenspartnern gehören

1. Saudi-Arabien: Die Akteure Air Products, ACWA Power, Neom und Thyssenkrup planen den Bau einer 4-GW-Anlage für grünen Wasserstoff, den Betrieb von 20.000 Wasserstoffbussen und den Export als Ammoniak bis 2025,

2. Australien, Asian Renewable Energy Hub: Mit den Akteuren Vestas, CWP Renewables, Intercontinental Energy, Macquarie sind 15GW an erneuerbaren Energien geplant, 12 GW für grünen Wasserstoff für den heimischen Gebrauch und für den Export nach Asien.

3. Norwegen, Norsk e-Fuel: Climeworks, Paul Wurth und Valinor wollen Europas erste kommerzielle Anlage für erneuerbaren Flugtreibstoff auf Wasserstoffbasis errichten.

Fusionen und Akquisitionen:

Akteure, die bereits über Erfahrungen im Bereich Wasserstoff verfügen, nutzen Akquisitionen als Mittel zum Aufbau von Know-how im aufstrebenden Markt für grünen Wasserstoff. Plug Plug, ein globaler Brennstoffzellenhersteller, hofft, sich als vertikal integrierter Akteur für grünen Wasserstoff neu zu positionieren und schloss im Juni zwei Übernahmen mit dem PEM-Hersteller Giner und dem Infrastrukturakteur United Hydrogen Group ab.

Dieser Artikel wurde ursprünglich von der Cleantech Group veröffentlicht. Lesen Sie den Originalbeitrag hier.