Elektrolyseur-Produktion bietet Momentum für den Maschinenbau

Die Kapazitäten für die Wasserstoffelektrolyse werden massiv ausgebaut. Der Maschinenbau bietet die notwendigen Technologien, doch die asiatische und US-Konkurrenz ist groß. Experten raten, jetzt das Momentum zu nutzen.

Die Industrie lechzt nach grünem Wasserstoff, und absehbar wird mit dem Wandel hin zur klimaneutralen Wirtschaft die Nachfrage das Angebot übersteigen. Die Chemieindustrie verarbeitet bereits heute jährlich 1,1 Millionen t Wasserstoff, etwa in der Herstellung von Ammoniak und Methanol. Die Stahlindustrie, die mit 52,6 Millionen t fast 30 % der industriellen CO2-Emissionen in Deutschland verursacht, schwenkt derweil im großen Stil auf die wasserstoffbasierte Direktreduktion um, wie die Autorinnen und Autoren um Matthias Jahn im Kapitel Einsatz von Wasserstofftechnologien in der Industrie des Buchs Wasserstofftechnologien schreiben.

Pro Tonne eingesetztem klimaneutralem Wasserstoff könnten laut Wirtschaftsvereinigung Stahl 28 t CO2 einspart werden. Um insgesamt ein Drittel will die Stahlindustrie ihre CO2-Emissionen mithilfe von Wasserstofftechnologien senken. Doch nicht nur die Industrie meldet Bedarf an grünem Wasserstoff an. Auch Bereiche wie der Schwerlastverkehr, die Schifffahrt und in der Luftfahrt konkurrieren um das knappe Gut.

Zügiger starker Ausbau von Elektrolysekapazität nötig

Werner Diwald vom Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV) fasst in Zahlen, was das für die Erzeugerseite bedeutet: "Um Erdgas zu ersetzen, müssen bis 2030 jährlich 20 Millionen t Wasserstoff produziert werden. 250 GW Elektrolysekapazität müssen dafür aufgebaut werden – innerhalb von weniger als acht Jahren."

Der Markt für Elektrolyseure lässt für die nächsten Jahre eine entsprechend hohe Dynamik erwarten. Welche Marktanteile dabei künftig auf die unterschiedlichen Elektrolysetechnologien – Protonen-Austauschmembran- (PEMEL), alkalische oder Hochtemperaturelektrolyse – entfallen werden, lässt sich heute noch nicht mit Sicherheit sagen. Fest steht jedoch, dass die Kosten von Elektrolyseursystemen sinken müssen; von aktuell zwischen 1.000 und 1.500 Euro/kW auf zukünftig 500 bis 700 Euro/kW, wie Ulrike Beyer, Sebastian Porstmann, Christoph Baum und Clemens Müller im Kapitel Produktion der PEM-Systeme, Hochskalierung, Rollout-Konzept schreiben.

Modulare und kompakte Elektrolyseure als Schlüssel

Insbesondere PEMEL mit ihren sehr teuren Stacks lassen sich den Autoren zufolge kurz- und mittelfristig günstiger produzieren. An Bedeutung gewinnen werden zukünftig 100 MW-Systeme, die aus modularen Stacks im einstelligen MW-Bereich parallel geschaltet werden. Eine wesentliche Herausforderung sei deswegen die damit verbundene Massenproduktion von standardisierten Teilen.

Auch Vaitea Cowan, Mitbegründerin des Elektrolyseurherstellers Enapter, sieht den Schlüssel für den industriellen Durchbruch in modularen, kompakten Systemen, die sich flexibel zusammenschalten lassen und auch dezentral Wasserstoff produzieren können. Geschwindigkeit, Skalierung und Kosten treiben Cowan zufolge die Produktion von Elektrolyseuren. Ihre Branche sieht sie dabei an einem vergleichbaren Punkt wie die Computerindustrie Anfang der 1980er-Jahre, als in Masse produzierte PCs die Großrechner ablösten und in der Folge die Industrie umgekrempelten. Analog zu dieser Entwicklung müsse man heute die Produktion von aufwendigen großen Elektrolyseuren in eine industrialisierte Fertigung von kompakten Elektrolyseuren überführen.

Maschinenbau für Elektrolyseur-Fertigung gut aufgestellt

Im globalen Wettbewerb in der Produktion von Elektrolyseuren strebt die deutsche Industrie eine Führungsrolle an. Bisweilen dominieren jedoch asiatische und nordamerikanische Firmen den Markt, die Produktionsanteile deutscher Unternehmen sind gering, wie die Autoren um Ulrike Beyer schreiben. Mit strategischen Investitionen und Kooperationen zwischen Politik, Industrie, Forschung und Investoren sei es jedoch möglich, sich am Markt zu etablieren.

Mit seiner hohen Systemlösungs- und Schnittstellenkompetenz ist der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland für die Fertigung von Elektrolyseuren laut DWV allerdings gut aufgestellt. Werner Diwald verweist in diesem Zusammenhang auf die circa 300 Unternehmen, die allein während der Hannover Messe Wasserstofftechnologien präsentieren. Vaitea Cowan sieht die europäische Industrie insgesamt gut aufgestellt, neben Deutschland verfügten dabei insbesondere auch Groß-Britannien und Norwegen über nachgefragte Technologien. Dies und die weltweite Nachfrage biete ein Momentum, das es entschlossen zu nutzen gelte: "Wir dürfen keine Zeit verschwenden. Europa hat die große Chance, Technologieführer zu werden." Ein besonderer Vorteil der deutschen Industrie ist laut DWV dabei, dass man die Systemkopplung zwischen erneuerbaren Energien und Elektrolyseuren beherrsche. Das sei ein Vorsprung in der Technologie, der nicht einfach kopiert werden könne.

Markthochlauf braucht Investition und sinkende Kosten

Hinsichtlich der politischen Rahmenbedingungen sind laut DWV zwei Aspekte wichtig: ein fairer Wettbewerb zwischen erneuerbarem Wasserstoff und fossilen Energieträgern sowie Investitionssicherheit für Anwender in der Stahlindustrie oder Betreiber von Raffinerien, Speichern und Infrastruktur. Als wirksames Instrument für den Markthochlauf erweise sich dabei das Instrument H2Global, das einerseits Investitionssicherheit herstelle und andererseits Kostensenkungen bei den Elektrolyseuren anreize. Es biete sich jedoch an, diese Systematik für den schnellen Markthochlauf auch auf andere Anwendungsfelder wie die Stahlindustrie oder LKWs mit Brennstoffzellenantrieb zu übertragen.