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Wasserstoffwirtschaft im Zentrum der EU

In Germany’s Saarland entwickelt sich ein interessanter und vielversprechender neuer Wirtschaftszweig, der Klimaneutralität für energieintensive Industriezweige in Aussicht stellt.

 

Germany´s Saarland – ein Industriestandort, der auch durch seine zentrale Lage überzeugt

Als traditioneller Industriestandort, fest in der Automotive-, Stahl- und Energiebranche verwurzelt, treiben Unternehmen, Forschung und Politik in Germany´s Saarland einen wichtigen Change-Prozess voran. Produktion und Produkte werden den Anforderungen an saubere Energie und Klimaneutralität angepasst. Allen voran die Wasserstofftechnologie gilt als Hoffnungsträger.

Anke Rehlinger, Wirtschaftsministerin und stellvertretende Ministerpräsidentin des Saarlandes, ist Partnerin und Unterstützerin der Wasserstoffindustrie im Land

Ministerpräsidentin Anke Rehlinger ist überzeugt von dem großen Potential, das in Produktion und Einsatz von Wasserstoff am Standort liegt: „Wasserstoff kann ein Update für Industrie und Verkehr sein. In der Stahlindustrie ist Wasserstoff der Königsweg zu nachhaltig produziertem Stahl und wir gehen in Germany´s Saarland auf diesem Weg.
Germany´s Saarland will künftig im Herzen eines europäischen Leitungsnetzes für H2 stehen, denn unsere Industrie wird so viel Wasserstoff verbrauchen, dass der nicht komplett vor Ort produziert werden wird. Dennoch wird Germany´s Saarland auch zum Beispiel am Standort Fenne in die H2-Produktion einsteigen. Wasserstoff ist Zukunftsmusik mit saarländischer Melodie und das Orchester hat die Instrumente bereits gestimmt. Das zeigen auch die Aktivitäten von Bosch, Schäffler und anderen, die Produktion von Brennstoffzellen voranzutreiben.“

Neue Energieträger

Die ausreichende und ökonomisch sinnvolle Produktion, die garantierte Verfügbarkeit und der sichere Transport von grünem Wasserstoff sind entscheidende Faktoren für den Einsatz des Mediums in der Industrie. Zwei Projekte, die vorhandene Infrastrukturen nutzen, um Produktion und Transport zu ermöglichen, werden in Germany´s Saarland derzeit vorangetrieben.

HydroHub Fenne – Reallabor der Energiewende und Prototyp für die Wasserstoffproduktion an einem Energieknotenpunkt

Partner aus Industrie und Forschung haben sich zusammengeschlossen, um am HydroHub Fenne den für die Energiewende so entscheidenden grünen Wasserstoff zu produzieren, mit dabei die STEAG GmbH, Siemens AG, das Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme sowie das DFKI Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz. Bereits heute betreibt die STEAG am Standort Völklingen-Fenne mehrere Anlagen zur Erzeugung von Strom und Fernwärme, zwei Steinkohlekraftwerksblöcke, das Modellkraftwerk Völklingen (MKV), das Heizkraftwerk Völklingen (HKV), eine Grubengasmotorenanlage sowie eine Gasturbine. Außerdem vor Ort installiert sind ein Großbatteriespeicher sowie ein innovativer Elektrodenkessel, der direkt aus elektrischer Energie Heißwasser erzeugt. In diese Infrastruktur wird der durch die Bundesregierung geförderte Hydrohub Fenne integriert.

Überproduktionen aus Solar- und Windstrom sollen genutzt werden, um Wasser im Elektrolyseverfahren in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Zur Anwendung kommt ein Elektrolyseur auf Basis von Proton-Exchange-Membranen, ein besonders umweltfreundliches Verfahren, das ohne den Einsatz aggressiver Chemikalien als Elektrolyte auskommt.

Das Kapazitätsziel der Elektrolyse-Anlage ist 2x 17,3 MWel bzw. 664 kg H2 pro Stunde bzw. ca. 5.800t H2 pro Jahr. Abnehmer werden in erster Linie wohl energieintensive Industrien, wie die Stahlindustrie vor Ort, sein.

Der HydroHub Fenne wird als Prototyp entwickelt, die gewonnenen Erkenntnisse sollen auf andere Anlagen bundesweit übertragen werden.

Für STEAG hat der Kraftwerksstandort Völklingen-Fenne insbesondere mit Blick auf das geplante Wasserstoff-Projekt „HydroHub Fenne“ eine zentrale Bedeutung.


mosaHYc – Nutzung einer bestehenden Gasinfrastruktur für den Wasserstofftransport, selbstverständlich grenzübergreifend

100 Kilometer Gasinfrastruktur werden im Projekt mosaHYc von den Unternehmen Creos und der GRTgaz aufgebaut. Dabei greifen die Verteilnetzbetreiber auf eine bestehende Gasinfrastruktur zurück. Ziel ist es, ein grenzüberschreitendes Hochdrucknetz für den Transport von Wasserstoff einzurichten, das Wasserstoffproduzenten und -verbrauchern in der Region ermöglicht, Geschäftsmodelle in der Industrie, im Wärmemarkt und im Verkehrssektor zu entwickeln. In einer Studie werden derzeit das Zusammenspiel der verschiedenen Leitungsabschnitte in Deutschland und Frankreich und sicherheitstechnische Aspekte geprüft. Die bestehenden Leitungen werden untersucht und auf die Umstellung auf Wasserstoff vorbereitet. Ergänzt werden soll die bestehende Infrastruktur durch Leitungsabschnitte, die die großen Verbraucher, also Wasserstoffsenken, anbinden.

 

Neue Produktionsprozesse und Produkte

Deutschlandweit erste Anlage zur wasserstoffbasierten Stahlproduktion

Bereits 2020 hat die SHS – Stahl-Holding-Saar (SHS) mit den großen Unternehmen Dillinger und Saarstahl die Weichen zum klimaneutralen Stahl gestellt. Durch den Einsatz wasserstoffreichen Prozessgases im Hochofen konnten die CO2-Emissionen bereits reduziert werden. Zukünftig soll auch grüner Wasserstoff eine entscheidende Rolle bei der Dekarbonisierung einnehmen. Wir sprachen mit Christian Weber, Innovationsmanager der SHS – Stahl-Holding-Saar, über notwendige technische Neuerungen und die gewaltigen Aufgaben vor denen die Stahlindustrie steht:

Christian Weber, Innovationsmanager der SHS Stahl-Holding-Saar

gwSaar:
Herr Weber, die SHS-Gruppe hat als erstes Stahlunternehmen Deutschlands Wasserstoff in den Hochöfen eingesetzt. Eine Wasserstoffstrategie wird oft als unabdingbar für die Stahlindustrie genannt. Ist das so?

Christian Weber:
Für uns kann ich das ganz klar mit ja beantworten, denn wir setzen auf carbon direct avoidance, wir wollen also, wo immer möglich, CO2 erst gar nicht entstehen lassen. Um langfristig die Klimaziele erreichen zu können ist dies nur nur mit Wasserstoff als Medium möglich. Andere Ansätze sind carbon storage das Binden und Lagern oder carbon capture usage also das Binden und Nutzen von CO2, das im Prozess entsteht. An Letzterem arbeiten wir auch. Wir entwickeln z.B. Verfahren, um aus Schlacke und CO2 Baustoffe herzustellen. Aber das sind natürlich immer nur kleinere Einsparvolumina, die uns dann im allerletzten Schritt helfen werden, klimaneutral zu werden

Das entscheidende Potential der CO2- Eliminierung liegt eindeutig in unserer begonnenen Prozessumstellung. Und hier hebt der Wasserstoff auf dem Weg der Decarbonisierung entscheidende Potentiale. Deswegen wollen wir ihn auch schon möglichst früh in den Prozess integrieren.

gwSaar:
Sie wollen die Stahlproduktion im Saarland klimaneutral aufstellen. Können Sie uns Ihre Strategie kurz skizzieren?

Christian Weber:
Wir haben in unserer CO2- Strategie einen Optionenraum von Maßnahmen und Projekten definiert mit Hilfe derer wir bis 2045 klimaneutralen Stahl produzieren werden.

Priorität haben jetzt die Projekte, mit denen wir die größten CO2-Mengen eliminieren können. 90% unserer CO2-Emission entstehen im Hochofen und im LD-Konverter im Stahlwerk. Wenn wir von Transformation reden, heißt das für uns immer, wir müssen diese beiden Produktionsstufen substituieren. Da ist zum einen die Direktreduktion. Das ist die Alternative zum Hochofen und der Elektrolichtbogenofen, das Aggregat, das den Rohstahl erzeugt, das ist der Ersatz für den LD-Konverter.

In Phase Eins, die wir jetzt schon gestartet haben, reduzieren wir die CO2 Emission auf der bestehenden Route. Diese zusätzlichen CO2 Einsparpotentiale helfen uns neben der Technologieumstellung die Zwischenziele in 2030 zu erreichen.

Seit 2020 nutzen wir Prozessgas aus der eigenen Produktion zur Koksgaseindüsung im Hochofen. Das Prozessgas hat einen Wasserstoffanteil von 50 bis 55 Prozent. Im nächsten Schritt werden wir im Projekt H2SYNgas ein neues Verfahren einsetzen, das uns ermöglicht, weitere Mengen an Wasserstoff als Reduktionsmittel für die Reduktion der Eisenerze im Hochofenprozess zu nutzen. Das sind beides Projekte, die erheblich auf die CO2-Minderung auf der bestehenden Route einzahlen. Wir können mit beiden Projekten eine CO2-Einsparnis von ca. 11 Prozent erreichen.

In Phase 2 und 3 wollen wir dann kontinuierlich auf die neuen Technologien umstellen, auf die Elektrolichtbogenöfen und die Direktreduktion. Für diese Umstellungen sind Investitionen von mehreren Milliarden notwendig, weil wir komplett neue Anlagetechnologien aufbauen müssen, die dann schrittweise die bestehende Route von heute ersetzen.

Koksgaseindüsungsanlage (Copyright: Dirk Martin, Saarstahl)

gwSaar:
Was sind dabei die größten Herausforderungen?

Christian Weber:
Es ist unser Ziel, bis 2030 ausreichend EAF also Elektrolichtbogen-Kapazitäten aufgebaut zu haben und unsere Hochofenkapazitäten zu reduzieren. Deshalb treiben wir auch gleichzeitig CO2-Minderungsprojekten und den Aufbau der neuen Technologie voran.

Denn eine der Herausforderungen ist, dass die ganze Transformation in der laufenden Produktion bewältigt werden muss. Das gesamte Produktportfolio wird auf die neue Technologie umgestellt. Bei der Produktqualität liegen wir bei Dillinger und Saarstahl ganz klar im oberen Level und wir müssen natürlich das gleiche Qualitätslevel über die neue Route halten.

Für die Umstellung müssen außerdem alle infrastrukturellen Voraussetzungen erfüllt sein. Stromversorgung und Wasserstoffkapazitäten müssen ausreichend und ökonomisch sinnvoll zur Verfügung stehen. Allein die Elektrolichtbogenöfen, die wir jetzt am Standort integrieren wollen, da müssen die regionalen Stromversorger oder die Netzbetreiber einige Maßnahmen ergreifen, damit wir diese wie geplant einsetzen können.

Zudem müssen die politischen Voraussetzungen geschaffen werden, dass über den gesamten Transformationsprozess die Wettbewerbsfähigkeit sichergestellt ist. Die Technologieumstellung muss während der laufenden Produktion über die bestehenden Anlagen erfolgen und kann daher nur schrittweise umgestellt werden. Während dieser Zeit bis zur vollständigen Umstellung arbeiten wir nicht im idealen Betriebspunkt und haben klare Wettbewerbsnachteile.

gwSaar:
Wann wollen Sie die Transformation abgeschlossen haben?

Christian Weber:
2045 – die Perspektive braucht man auch. Die benötigten Strom- und Wasserstoffmengen werden nicht früher zur Verfügung stehen. Die Technologie könnten wir vielleicht schneller aufbauen, die Infrastrukturvoraussetzungen werden voraussichtlich nicht schneller umsetzbar sein. Aber wenn wir unsere Roadmap erfolgreich umsetzen, dann haben wir ab 2030 schon viel von unserem Portfolio substituiert.

gwSaar:
Sie sind im Saarland als SHS – Stahl-Holding-Saar in etliche Wasserstoffprojekte eingebunden. Wo sehen Sie die Stärke des Standortes?

Christian Weber:
Wir haben hier in der Region alle Player, die man für eine Wasserstoffwertschöpfungskette braucht. Dadurch haben wir die Chance diese gesamte Wertschöpfungskette schon sehr frühzeitig aufbauen. Zu Beginn ist eine Insellösung denkbar. Die könnte bereits funktionieren, bevor durch eine Anbindung an ein europäisches Wasserstoffnetz die Versorgung sichergestellt wird. Mit der Koksgaseindüsung an den Hochöfen, die ja schon installiert ist, haben wir schon heute theoretisch auch die Möglichkeit Wasserstoff einzusetzen. Der Wasserstoffbedarf ist also da. Investoren für Wasserstofferzeugungsprojekte sehen daher einen gewissen Markt. Und sie gehen ganz gezielt dahin wo die großen Wasserstoffsenken sind. Je weiter wir die Decarbonisierung vorantreiben und wenn wir irgendwann über eine Direktreduktion am Standort nachdenken, dann ist das zusätzlich ein deutlicher Skalierungsfaktor. Von dem Aufbau der Wasserstoffkapazitäten können auch kleinere Nutzer profitieren, also Unternehmen, die selbst keinen hohen Bedarf haben und keine Versorgung provozieren würden.

Die Bundesregierung fördert daher auch ein großes Verbundprojekt, an dem wir beteiligt sind, um die Wasserstoffwirtschaft hier schnell aufzubauen. Auch französische Partner sind mit dabei, eine weitere Stärke, man denkt immer grenzüberschreitend.

Ein wirklicher Vorteil im Saarland ist auch die Nähe zur Politik, die sich da an vielen Stellen mit einsetzt. Das ist sicherlich eine Stärke, die wir hier haben – es ist ja alles ein bisschen kleiner.

gwSaar:
Klimaneutralität und Energiewende spielen auch bei den Absatzmärkten von Dillinger und Saarstahl eine entscheidende Rolle, richtig?

Christian Weber:
Auf jeden Fall. Der Hauptabsatzmarkt von Dillinger ist heute z.B. der Offshore-Windmarkt, in den Dillinger Stahlbleche zur Herstellung von Gründungsstrukturen liefert. Alles das was unter der Wasseroberfläche steht, all das was man nicht sieht, das ist unser Stahl, die sogenannten Monopiles. Wir haben bereits ca. 80 Offshore Windparks in Europa beliefert. Wir rechnen damit, dass das deutlich steigt, je mehr Offshore Wind Parks errichtet werden. Saarstahl trägt mit innovativen Produkten dazu bei, Antworten auf globale Herausforderungen wie Mobilität, Energieeffizienz und Sicherheit zu finden.

 

Komponenten für stationäre und mobile Brennstoffzellen

Bosch richtet sein Werk in Germany´s Saarland neu aus. Wo bisher vorrangig moderne Dieselsysteme, Injektoren und Common-Rails für Fahrzeuge gefertigt werden, werden zukünftig Komponenten für Brennstoffzellen produziert. Wir sprachen mit Oliver Frei, dem Kaufmännischen Werkleiter der Robert Bosch GmbH, Homburg, über die Ziele und Herausforderungen einer solchen Veränderung:

gwSaar:
Bosch positioniert sich als System-Anbieter für stationäre Brennstoffzellen mit eigener Wertschöpfung im Bereich Zelle und Stack sowie weiteren Komponenten. Kann man das als Beitrag zu Energiewende verstehen?

Oliver Frei, Kaufmännischer Werkleiter der Robert Bosch GmbH in Homburg

Oliver Frei:
Wir leisten damit tatsächlich einen Beitrag zur Energiewende. Bosch plant, stationäre Brennstoffzellensysteme etwa in Form vernetzter Kraftwerke in Städten, Fabriken, Gewerbe, Handel, Rechenzentren und im Schiffsbereich zum Einsatz zu bringen. Der Markt für dezentrale Energieproduktion wird bis 2030 geschätzt ein Volumen von 20 Milliarden Euro erreichen. Pilotanlagen sind an diversen Bosch-Standorten in Betrieb, so auch in Homburg. Bosch investiert bis zur geplanten Serienfertigung im Jahr 2024 mehr als 400 Millionen Euro in die Entwicklung der stationären Brennstoffzellensysteme. In Bamberg werden Zellen und Stacks, in Homburg die sogenannte Hotbox und in Wernau die fertigen Systeme produziert.

gwSaar:
Sie produzieren in Homburg zukünftig nicht nur dieses eine neue Produkt, sondern stellen sich breiter auf?

Oliver Frei:
Der Standort Homburg gehört zum Bereich Powertrain Solutions von Bosch, deshalb liegt in der Antriebstechnik unser heutiges und unser künftiges Kerngeschäft. Wir fertigen Komponenten für mobile Brennstoffzellen, die künftig in Fahrzeugen als Energielieferant für Elektromotoren dienen sollen. Der elektrische Luftverdichter oder das Wasserstoffdosierventil sind z.B. für die Versorgung der Brennstoffzelle mit Sauerstoff und Wasserstoff erforderlich. Erste Serienlieferungen beginnen in diesem Jahr. Auch an der Entwicklung von Wasserstofftankventilen arbeiten wir bereits.

gwSaar:
Sehen Sie hier die Zukunft der Automotive-Branche?

Oliver Frei:
Wir verfolgen zwei Pfade: Zum einen die Elektrifizierung der Mobilität, und zwar batterieelektrisch und brennstoffzellenelektrisch, zum anderen die weitere Verbesserung von Verbrennungsmotoren und der Einsatz erneuerbarer Kraftstoffe. Dort, wo Wasserstoff zum Einsatz kommt, muss er möglichst mithilfe erneuerbarer Energien erzeugt werden.

Im Falle der mobilen Brennstoffzelle glauben wir, dass sie ihren Weg auf den Markt zuerst in schweren Lastwagen finden wird. Mit grünem Wasserstoff kann dieser Antriebstyp nahezu CO₂-neutral und schadstofffrei betrieben werden. Darüber hinaus können ähnliche Eigenschaften wie bei konventionellen Antriebssträngen erreicht werden, z.B. lange Reichweiten, kurze Betankungszeiten und keine Einschränkungen der Nutzlast.

gwSaar:
Welche Herausforderung stellen sich bei einer so umfassenden Neuausrichtung hinsichtlich Produktion und Mitarbeiter?

Oliver Frei:
Zum einen muss über unser bisheriges Kerngeschäft, die Dieseltechnologie, unser neues Geschäft finanziert werden. Die Wettbewerbsfähigkeit des Standortes sicherzustellen ist daher eine unserer wichtigsten Aufgaben. Dies gilt bereits in der Musterphase. Hier werden die Grundlagen für ein wettbewerbsfähiges Seriengeschäft in der Zukunft gelegt.
Zum anderen müssen wir unsere Mitarbeiter mitnehmen, ihnen die Notwendigkeit zur Veränderung vermitteln und sie aktiv einbinden. Auch Weiterqualifizierungen sind dringend erforderlich. Wir setzen dabei vor allem auf fundiertes Know-how im Bereich der Digitalisierung. Diese ist Grundvoraussetzung, dass die Fabrik der Zukunft im Wettbewerb bestehen kann.

gwSaar:
Welche Vorteile sehen Sie am Standort Germany´s Saarland?

Oliver Frei:
Die Wege in Germany´s Saarland sind sprichwörtlich kürzer als anderswo. Wir schätzen hier vor allem die guten Kontakte zu den Entscheidungsträgern in der Stadt Homburg, dem Saarpfalz-Kreis und dem Land.

Daneben treffen wir in Verbänden, Gremien und Netzwerken auf engagierte Kollegen, mit denen wir uns austauschen und gemeinsam das Ziel verfolgen, den Industriestandort Germany´s Saarland weiterzuentwickeln.

Neue Kooperationen und Partner

Neben den hier genannten Beispielen und großen Projekten hat sich in Germany´s Saarland eine stetig wachsende Kompetenz entlang der Wasserstoffwirtschaft aufgestellt. Die Vorteile für den Standort Germany´s Saarland liegen dabei klar auf der Hand. Entwickler und Anbieter treffen auf energieintensive Industrieunternehmen im Transformationsprozess, auf ansässige Unternehmen mit ihren erfahrenen Fachkräften, die ihr Produktportfolio ausbauen bzw. umstellen. Gleichwohl profitieren sie von einer renommierten Forschungslandschaft und erfahren die unbedingte Unterstützung durch die Politik.

>> Hier geht´s zur Wasserstoffkompetenz im Saarland und der Region:

Mehr Informationen: Germany’s Saarland

Ihre Ansprechpartnerin:

Anja Petschauer

Director
Marketing and Promotion
gwSaar Gesellschaft für Wirtschaftsförderung Saar mbH

+49 (0)6893/9899 612

» a.petschauer@invest-in-saarland.com

Autorin:
Anja Petschauer

Director Marketing
gwSaar Gesellschaft für Wirtschaftsförderung Saar

a.petschauer@invest-in-saarland.com