Wasserstoffstrategie Sachsen-Anhalt Bericht zur Umsetzung 2024 01.02.2025 Monitoringbericht 2024 zur Wasserstoffstrategie Sachsen-Anhalt 1. Zusammenfassung: Der Aufbau der Wasserstoffwirtschaft nimmt Fahrt auf Im Mai 2021 verabschiedete Sachsen-Anhalt eine ambitionierte Wasserstoffstrategie zum Aufbau einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft. Diese Strategie ist eng verzahnt mit den Wasserstoffinitiativen auf Bundes- und EU-Ebene. Seit der Einführung der deutschen und europäischen Wasserstoffstrategien im Sommer 2020 wurden zwar erste Fortschritte erzielt – insbesondere beim Aufbau der erforderlichen Infrastruktur. Dennoch bleibt die Entwicklung in vielen Bereichen der Wasserstoffwirtschaft sowohl national als auch international hinter den ursprünglichen Zielvorgaben zurück. Nach wie vor besteht das „Henne-Ei-Problem": Fehlende Erzeugungs- und Transportkapazitäten einerseits und eine noch unzureichende Nachfrage nach grünem Wasserstoff andererseits führen zu Investitionsunsicherheiten. Ein wichtiger Grund für Verzögerungen ist der regulatorische Rahmen für die Erzeugung von grünem Wasserstoff, welcher auf EU- und Bundesebene dringend verbessert werden muss. In der Folge verzögern sich viele der angekündigten Projekte. Diese Entwicklung macht auch vor Sachsen-Anhalt nicht halt – der Aufbau der grünen Wasserstoffwirtschaft verläuft deshalb in vielen Bereichen langsamer als in der Landesstrategie ursprünglich vorgesehen. Der Bericht zur Umsetzung der Wasserstoffstrategie Sachsen-Anhalts zeigt dennoch eindrucksvoll, dass wichtige Schlüsselprojekte auf den Weg gebracht wurden. Sachsen- Anhalt nutzt konsequent seine Chancen als Wasserstoffstandort und hat sich z. B. durch die Umsetzung des Projekts „Energiepark Bad Lauchstädt“ zu einem Kristallisationspunkt der deutschen Wasserstoffwirtschaft entwickelt. Die ambitionierten Vorgaben des 2021 verabschiedeten 8-Punkteplans wurden erfolgreich umgesetzt. Im Jahr 2024 sind einige wichtige Projekte für den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft von der Planungsphase in die Bau- bzw. Genehmigungsphase eingetreten. Besonders hervorzuheben ist der Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur: Die Anträge der Fernleitungsnetzbetreiber zum Wasserstoff-Kernnetz wurde im Oktober 2024 von der 1 Bundesnetzagentur genehmigt. Die IPCEI-Projekte zum Bau von Wasserstoffpipelines bzw. deren Umstellung auf Wasserstoff sind Teil des Kernnetzes, an das Sachsen-Anhalt gut angebunden ist. Die Projektumsetzung hat begonnen, im Jahr 2025 sollen die ersten Kernnetz-Teilstücke, zu denen die Wasserstoffleitungen von der Ostsee nach Bobbau (bei Bitterfeld-Wolfen) sowie zwischen Bad Lauchstädt und Leuna gehören, fertiggestellt sein. Die Realisierung der weiteren Abschnitte wurde vorbereitet und soll bis 2028 abgeschlossen sein. Die Anbindung an die überregionale Wasserstoff-Transportinfrastruktur ist eine wesentliche Voraussetzung für die Transformation der energieintensiven Industrie in Mitteldeutschland auf ihrem Weg zur Klimaneutralität. Fortschritte wurden auch bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff in Sachsen-Anhalt erreicht. Mit einer im Land installierten Elektrolysekapazität von rund 60 MW sind erste Produktionskapazitäten für grünen Wasserstoff vorhanden. In Leuna betreibt die Firma Linde einen 24-MW-PEM-Elektrolyseur mit einer Produktionskapazität von bis zu 3.650 Tonnen grünem Wasserstoff pro Jahr. Die Firma Nobian kann am Standort Bitterfeld-Wolfen durch Chlor-Alkali-Elektrolyse bis zu 2.700 Tonnen grünem Wasserstoff pro Jahr herstellen. Neben den bereits bestehenden Elektrolyseanlagen in Leuna und Bitterfeld-Wolfen steht der Elektrolyseur des Projektes „Energiepark Bad Lauchstädt“ kurz vor der Fertigstellung. An sechs weiteren Elektrolysestandorten sind die Planungs- und Genehmigungsprozesse weit fortgeschritten, sodass die regionale Erzeugung von grünem Wasserstoff voranschreitet. Der Hochlauf einer vollständig funktionierenden und sich selbst tragenden erneuerbaren Wasserstoffwirtschaft ist ein komplexer und herausfordernder Prozess, der nicht in wenigen Jahren umgesetzt werden kann. Mit dem Aufbau einer leistungsstarken und international angebundenen Wasserstofftransportinfrastruktur bis 2030 wird eine erste wichtige Etappe hierfür erreicht. Gleichzeitig wird die erneuerbare Wasserstofferzeugung hochskaliert und immer günstiger werden. Die ersten größeren Mengen grünen Wasserstoffs aus Sachsen- Anhalt sollen schon 2025 zwischen Bad Lauchstädt und Leuna fließen. Weitere Projekte werden in den nächsten Jahren dazu kommen. Sofern alle Akteure weiter gemeinsam und ambitioniert an der Umsetzung arbeiten, ist davon auszugehen, dass der Aufbau der Wasserstoffwirtschaft bis Mitte der 2030er Jahre so weit vorangeschritten ist, dass erneuerbarer Wasserstoff in ausreichender Menge und zu wirtschaftlichen Preisen für die heimische Industrie zur Verfügung steht. Aus dem im Jahr 2024 veröffentlichten Wasserstoffgutachten des Landes geht hervor, dass bis zum Jahr 2045 ein relativ hoher Anteil des Bedarfs an erneuerbarem Wasserstoff auch zu wettbewerbsfähigen Preisen im Land erzeugt werden kann. Somit kann grüner Wasserstoff aus Ostdeutschland zu einem wichtigen Wertschöpfungsfaktor werden. 2
Spätestens seit der Verkündung der nationalen Wasserstoffstrategie im Jahr 2020 spielt die Produktion und Verwendung von Grünem Wasserstoff in der deutschen und auch in der europäischen Energiewende eine bedeutende Rolle. Durch Grünen Wasserstoff wird die Sektorenkopplung ermöglicht und Grüner Strom kann für lange Zeiträume gespeichert werden. Die notwendigen Komponenten der Technologie, von der Erzeugung von Grünem Wasserstoff über den Transport bis hin zur Rückumwandlung in andere Energieformen, sind am Markt erprobt und werden aktuell skaliert. Somit können die Mengen an Wasserstoff, die für die kommenden Jahre benötigt werden (je nach Studie 4 TWh bei 1 GW installierter Elektrolyseleistung bis zu 20 TWh bei 5 GW installierter Elektrolyseleistung bis 2030) zumindest in Teilen in Deutschland selbst produziert werden. Bei der Skalierung der Anlagen kommen zwei Ansätze in Frage: Einerseits werden einzelne Anlagen größer, andererseits wird die Anzahl kleiner und mittelgroßer Anlagen erhöht. Grundsätzlich wird die Skalierung in beiden Dimensionen benötigt werden, um die enorme Nachfrage nach Grünem Wasserstoff bedienen zu können. Dieses Vorhaben fokussiert hierbei auf die skalierbare Auslegung und Produktion kleiner bis mittelgroßer Anlagen. So ist es das Ziel des Vorhabens, ein Konzept zu entwickeln, anhand dessen Elektrolyseure im Leistungsbereich von 500 kW bis 5 MW in eine regionale Energieversorgung eingebracht werden können. Hierbei gilt es, die entstehenden Stoffströme integriert zu betrachten, um so dezentrale und nachhaltige Wasserstoffkonzepte in die Realität zu überführen. Um dieses Konzept skalierbar zu entwickeln und an weiteren Standorten ausrollen zu können, muss ein grundsätzliches Vorgehen entwickelt werden, anhand dessen eine modularisierbare Anlage auf den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt werden kann.
In MemKoWI ist geplant, Membranverfahren für die Abtrennung von CO2 und H2 in Industrien zu untersuchen, in denen sie bisher nicht etabliert sind. Das Potenzial, dass sie sich hier als skalierbare und durch die Möglichkeiten verschiedene keramische und polymere Membranmaterialien zu innovativen Kombinationen Lösungen zu verschalten, flexible und anpassbare Technologie, erweist ist sehr groß. Allerdings ist ebenfalls mit erheblichen Risiken zu rechnen. Im Vergleich zu den bisher untersuchten Einsätzen von Membranverfahren zur CO2-Abtrennung aus Kohlekraftwerksrauchgasen, zeichnen sich die in MemKoWI adressierten Gase durch andere Zusammensetzungen aus. Somit kann die Einsetzbarkeit der Verfahren zwar durch Berechnungen abgeschätzt, deren stabiler Einsatz aber nur im Versuch im Betriebsumfeld nachgewiesen werden. Potenzielle Anwender können so von den Vorteilen der Membranverfahren überzeugt werden. In MemKoWI ist der Einsatz von drei Testanlagen geplant. Eine der Anlagen ist bereits vorhanden und soll modifiziert werden, während die beiden anderen Anlagen neu zu bauen sind. Die hiermit verbundenen Kosten sind weder aus der Grundfinanzierung der beteiligten Forschungsinstitutionen noch aus den F&E-Budgets der beteiligten Unternehmen zu finanzieren. Weiterhin stellt die Einbindung der Anlagen in Industriestandorte einen erheblichen, anderweitig nicht finanzierbaren Aufwand dar. Die für die Membranherstellung verwendeten Rohmaterialien müssen in hinreichender Menge beschafft, verarbeitet und in Membranmodule verbaut werden. Auch die Ausgaben hierfür übersteigen die F&E-Budgets. Das für die Durchführung der geplanten Arbeiten notwendige Personal kann nur zum Teil aus der Grundfinanzierung gestellt werden. Projektpersonal muss, gerade auch im Hinblick auf die Erstellung wissenschaftlicher Arbeiten, eingestellt werden und der Personalaufwand für die Betreuung der Testanlagen abgedeckt werden.
Die Zielstellung des skizzierten Projekts im Rahmen der Technologieoffensive Wasserstoff ist es, die bestehende alkalische Elektrolyse (AEL) in die nächste Generation zu überführen. Die nächste Generation der AEL - AWEC++ - lässt sich durch 4 Punkte definieren. Dies sind 1. Stabilität bei erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen 2. Ein modernes Stack-Design, welches für hohe Leistungsklassen ( größer als 500 kW) skalierbar ist 3. Dynamik in der Wasserstoff-Produktionsleistung 4. Nachhaltige, automatisierungsfähige und skalierbare Herstellungs- und Prozessschritte Im Bereich Wasserstoff hat das Unternehmen Erfahrungen im Bereich von Brennstoffzellen und Wasserstofftanks, wobei strukturmechanische, strömungsmechanische, thermische und elektrochemische Prozesse simulativ abgebildet werden. Somit wird Merkle & Partner bei Fragestellungen wie z.B. Endplattenauslegung, Gasblasenbildung und Gleichstromverteilungen unterstützen.
Die deutsche und europäische Politik stimmt darin überein, dass Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag leisten wird, um die Pariser Klimaziele zu erreichen. Avisiert sind bis 2030 mindestens 40 GW Elektrolysekapazität und 100 Mio. Tonnen Wasserstoff in Europa sowie bis zu 10 GW Elektrolysekapazität und 110 TWh/a Wasserstoffnachfrage in Deutschland. Die prognostizierte hohe Nachfrage nach Wasserstoff soll sowohl aus nationaler Erzeugung gedeckt als auch importiert werden. Dies lässt erwarten, dass sich der Wasserstoffmarkt und die dafür erforderliche Infrastruktur zügig entwickeln werden. Der Aufbau einer H2-Infrastruktur ist ein wesentliches Element eines klimaneutralen Energiesystems. Die bisherigen Projekte zu H2-Infrastrukturen sind vorwiegend technisch orientiert. Wie im Vorgängerprojekt PORTAL GREEN für Power-to-Gas-Anlagen gezeigt, besteht auch hinsichtlich der H2-Netzinfrastrukturen in der Praxis Bedarf an Klarstellung und Strukturierung der Verfahren zur Genehmigung, da sowohl auf Planer-, Betreiber- und Behördenseite Erfahrungen und etablierte Vorgehen fehlen. Insbesondere besteht noch deutlicher Klärungsbedarf bei den Rahmenbedingungen für eine solche H2-Netzinfrastruktur. Hierzu zählt, neben der Neuerrichtung, und a. auch die Umstellung bestehender Erdgasinfrastrukturen für Wasserstoff. Die Schaffung eines aktuellen und praxisnahen Leitfadens für Bau und Betrieb inkl. Genehmigung von H2-Netzinfrastrukturen, als eine wesentliche Grundlage für deren effiziente Errichtung, soll mit diesem Projekt erreicht werden. Zusammen mit der Aktualisierung und Erweiterung der Leitfäden aus dem Vorgängerprojekt liefert PORTAL GREEN II damit einen wichtigen Beitrag zur Etablierung von Wasserstoff als innovativem Energieträger im zukünftigen Energiesystem.
Kernthema des beantragten Projektes ist die Vermeidung kritischer Anlagenschwingungen und Reduzierung von Verbrennungspulsationen in thermischen Kraftwerken und Großraumwasserkesseln auf Basis einer zu entwickelnden Methodik, welche unter anderem auf Basis der Signale von UV-Flammenwächtern in der Lage ist, kritische Anlagenzustände zu detektieren. Dies soll insbesondere vor dem Hinblick geschehen, dass zukünftig deutlich höhere Mengen Wasserstoff im Erdgas zu erwarten sind, welche einen deutlichen Einfluss auf die Energiefreisetzung und das Pulsationsverhaltens der Flammen sowie die Effizienz von Kesselanlagen haben können. Durch eine optimierte Analyse von Betriebsparametern und zusätzlichen Daten zur Schwingungsmessung sollen zukünftig Pulsationen direkt bei Auftreten erkannt und ausgeregelt werden können, um den Komponentenschutz zu erhöhen, kritische Anlagenzustände zu vermeiden und einen optimierten Betrieb auch unter Erdgas-Wasserstoffmischungen und bei reinen Wasserstoffbrennern zu ermöglichen. Fokus der Arbeitsinhalte von DBI liegt auf der Integration von Flammenwächtern und Betriebsparametern in die zu entwickelnde Messmethodik, die Bewertung der Energiefreisetzung der Flammen und der Erprobung der entwickelten Methodik im Technikum und bei beteiligten Industriepartner. Außerdem obliegt DBI die Koordination aller beteiligter Unternehmen und Partnern und des Gesamt-Projektes.
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