Technologieoffensive Wasserstoff

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. 

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 

Wasserstoff soll bedarfsgerecht, kostengünstig, sicher und umweltschonend den relevanten Nutzerstandorten, wie Industrie und Quartieren, bereitgestellt werden. Wenn Herstellung und Nutzung von Wasserstoff zeitlich und räumlich getrennt voneinander erfolgen, soll Wasserstoff möglichst verlustfrei gespeichert und transportiert werden können. 

In diesem Themenfeld können Forschungs- und Entwicklungsarbeiten beispielhaft in folgenden 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, Verträglichkeit von Wasserstoffbeimischungen ins Erdgasnetz (DVGW-Regelwerksimplementierung) sowie Abtrennverfahren, Neubau von Wasserstoffnetzen und Fernleitungen, Wasserstoffverteilungsnetze   
• Nicht-leitungsgebundene Transportmethoden: Verflüssigung und Regasifizierung von Wasserstoff, verlustarme temporäre chemische Bindung von Wasserstoff, Importinfrastrukturen für Flüssigwasserstoff und Weiterverteilung, Integration von Leitungsinfrastrukturen mit Versorgungsmodi auf Binnenschifffahrtswegen, Schiene und Straße 

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. 

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 massenfertigungstauglichen Prozessen für die Brennstoffzellen-Stack und Aggregatsproduktion mit dem Ziel kostengünstiger Standard-Lösungen.  
• 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 (z. B. Metallgewinnung und Metallverarbeitung, Chemische Verfahrenstechnik, Entsorgung und thermische Abfallbehandlung, Herstellung von Grundchemikalien/Intermediates)  
• 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 Brennstoffzelle; Wasserstofferzeugung und -speicherung als stabilisierendes Element im Stromnetz 

In allen Themenfeldern können übergreifende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Standardisierung und Qualitätssicherung gefördert werden. Gute Qualität und hohe Sicherheit müssen in allen Bereichen gewährleistet sein, das betrifft die Komponenten und Anlagen, deren Betrieb in allen Nutzungsbereichen, die Speicherung wie auch den Transport. Nachhaltigkeit, Schonung von Umwelt und Klima sollen nachgewiesen werden können. 

Dazu gehören folgende Aspekte: 

• Einheitliche Schnittstellen, z. B. bei Komponenten, Anlagen, Transport- und Leitungssystemen national und international  
• Bewertung der Anlageneffizienz und Qualität zur Vergleichbarkeit und Transparenz auf dem Markt  
• 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) 

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