Leuchttürme

• Status: Planungsphase
• Projektrealisierung: 2022- 2025
• Investitionsvolumen/ Förderbedarf: 7,9 Mio. € / 3,6 Mio. €

Die Stadtwerke Ulm (SWU) Energie GmbH beabsichtigt die Errichtung von dezentralen Elektrolyse-Anlagen im Versorgungsgebiet Ulm/Neu-Ulm, welche durch Wasserkraftstrom und anderen regionalen erneuerbaren Energien betriebenen werden. Die SWU Energie GmbH betreibt an der Donau in Ulm ein Wasserkraftwerk mit einer maximalen Leistung von 9,15 MW und einer durchschnittlichen Jahreserzeugung von etwa 47 GWh.

Auf Grund der wasserrechtlichen Parameter beim Wasserkraftwerk ist eine preisorientierte Fahrweise, des Wasserwerkes selbst nicht möglich. Der zur Verfügung stehende Strom des Wasserkraftwerks könnte jedoch alternativ und zur Erhöhung der Flexibilität und Wertschöpfung in dezentralen Elektrolyse-Anlagen verwendet werden. Auf der anderen Seite steht der fluktuierende Strom von Photovoltaik-Anlagen und Windkraft-Anlagen.

Diese Elektrolyseure würden zeitlich flexibel betrieben und sich am jeweiligen Strompreis orientieren. In Zeiten, in denen der Strompreis ein bestimmtes Preisniveau überschreitet, wird die Leistung der Elektrolyse auf ein Minimum reduziert und bei tiefen Strompreisen entsprechend hochgefahren. Wasserkraftstrom als Grundlage der Elektrolyseure hat den Vorteil, dass er bis zu 8.600 Stunden im Jahr verfügbar ist und somit theoretisch eine Vollauslastung der Elektrolyseure ermöglicht. Fluktuierender Strom auf der anderen Seite steht nur zu bestimmten Zeiten zur Verfügung. Dann jedoch in der Regel in ganz Deutschland. Die Verwendung von diesem günstigen Strom liegt nahe.

 Technisch wird der erzeugte Wasserstoff in Druckspeichern am Elektrolyseur gespeichert und dann über Trailer oder Direktleitung an die Verbraucher verteilt. Die Elektrolyse-Anlagen samt Infrastruktur werden an den Standorten innerhalb der Förderperiode installiert und nach Ablauf der Förderung weiter betrieben. Geplant ist eine Gesamtlaufzeit von ca. 20 Jahren.

 Als ein konstanter und planbarer Abnehmer von Wasserstoff, das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) durch die SWU Energie GmbH mit Wasserstoff versorgt werden.

Das ZSW verfügt über ein Gas-Lager und zwei Trailerstationen. Die stark zunehmende Testung von Brennstoffzellenstacks wird den jährlichen Wasserstoffbedarf deutlich erhöhen. Angedacht ist, dass am ZSW im ersten Schritt ein Elektrolyseur mit bis zu 2,0 MW Leistung installiert wird. In einer weiteren Phase könnte dieser Elektrolyseur-Standort bis 2025 um bis zu einem weiteren Megawatt erweitert werden. Auch darüberhinausgehenden Erweiterungen der Elektrolysekapazität sind, abhängig vom sich entwickelnden Wasserstoffbedarf in der Region, denkbar.

Das Gebäude des Elektrolyseurs wird am Forschungsstandort integriert. Die Wasserelektrolyse am ZSW in direkter Nachbarschaft zum Brennstoffzellentestfeld des ZSW und dem HyFaB Gebäudekomplex bietet darüber hinaus ideale Voraussetzungen für Schulungen, Seminare, Workshops etc. mit allen Anwendungen an einem Ort.

Das eigentliche Nebenprodukt der Elektrolyse, nämlich die Niedertemperatur-Abwärme kann direkt für das Brauchwasser oder die Heizung im ZSW verwendet werden oder in den Rücklauf der Fernwärme Ulm GmbH (FUG) eingespeist werden.

In der weiteren Phase spielen die Notwendigkeit des Wasserstoffbedarfs in den Bereichen Industrie und Verkehr eine große Rolle. Mit steigendem Wasserstoffbedarf in der Modellregion soll eine weitere dezentrale Elektrolyse- Anlage an einem strategisch wichtigen Standort, in einem Industriegebiet in Ulm, entstehen.

Da der Wasserstofftransport ein erheblicher Kostenfaktor ist, ist es folglich interessanter, den Standort des Elektrolyseurs direkt zum Verbraucher des Wasserstoffs im Donautal zu versetzen. Denkbar ist, den Elektrolyseur direkt beim Abnehmer zu installieren, um damit einen Transport über kurze Distanzen bei Niederdruck zu ermöglichen. Dies bringt neben der Vermeidung des Transport-Problems zusätzlich die zukünftige Perspektive eines Wasserstoff-Verteilnetzes im Industriegebiet. Eine Einspeisung der erheblichen Abwärme des Elektrolyseurs in jenes Fernwärmenetz ist demnach ebenfalls zu prüfen.

• Status: Planungsphase, LKW erst ab 2024 verfügbar
• Projektrealisierung: 2024- 2027
• Investitionsvolumen/ Förderbedarf: 5,4 Mio. € / 3,5 Mio. €

Das Leuchtturm Projekt H2-ToGo fokussiert den Einsatz von grünem Wasserstoff bei Nutzfahrzeugen insbesondere bei Sattelzugmaschinen, wo aufgrund der hohen Zulassungszahlen und Kilometerleistungen das CO2 Sparpotenzial am größten ist. Die Verwendung des Wasserstoffes kann auch in anderen Fahrzeugklassen erfolgen, beispielsweise Personenwagen und leichten Nutzfahrzeugen oder Anwendungen wie in Müllfahrzeugen oder Überlandlinienbussen.

Im Projekt wird der grüne Wasserstoff im Fahrzeug mittels Brennstoffzelle in Elektrizität gewandelt, die wiederum über Elektromotoren das Fahrzeug antreibt. Die Betankung erfolgt über komprimierten Wasserstoff. Hierzu werden aktuelle zwei Druckniveaus verwendet. 700 bar im Bereich PKW und leichte Nutzfahrzeuge und 350 bar typischer Weise für kommunale Fahrzeuge. Zukünftig sollen auch LKW mit 700 bar versorgt werden, hierzu bedarf es aber Tankanlagen mit dem zehnfachen Durchfluss im Vergleich zu den PKW Anlagen, um eine schnelle Betankung darzustellen.

Die Versorgung der Tankstellen erfolgt typischer Weise mit LKW. Hierbei erfolgt eine Anlieferung in Tanks zwischen 200 und 500bar. Jedes Umtanken in einen stationären Vorratsspeicher ist mit Druck- und damit Energieverlusten verbunden. Beim Einsatz von Tanks auf Wechselbrücken kann auf das Umtanken verzichtet werden. Die eingesetzten LKW Zugmaschinen bedürfen einer speziellen Zulassung für den Transport von Kraftstoffen, klimaneutrale Fahrzeuge besitzen diese bisher noch nicht.

Für die Betankung mit Wasserstoff gibt es bereits in der Region zwei 700 bar Tankstellen für PKW. Drei weitere Tankstellen grenzen unmittelbar an die Modellregion an und können mitgenutzt werden. Eine der Tankstellen eignet sich insbesondere für kommunale 350 bar Fahrzeuge. Des Weiteren wird in der Projektlaufzeit durch  Nikola Iveco Europe  eine Tankstelle errichtet. Sie ist ausgelegt für die Betankung von LKWs (700 bar & 350 bar) mit hohen Durchsatzraten und wird mit grünem Wasserstoff versorgt werden. Die Versorgung mit Wasserstoff erfolgt aus dem Teilprojekt H2-Factory. Angestrebt wird der Einsatz von Wechselbrücken und klimaneutralen Zugmaschinen.

Im Jahr 2024 sollen zehn Sattelzugmaschinen bei Logistikunternehmen in der Region zum Einsatz kommen. Sie sind Teil des Flottentests der Firma Nikola Iveco Europe  . Konventionelle 40-Tonner- LKWs legen typischerweise zwischen 120.000 – 150.000 km im Jahr zurück und werden nach drei bis vier Jahren Nutzungsdauer in Westeuropa häufig ins nicht-europäische Ausland weiterverkauft. Im Projektzeitraum kann somit die erste Nutzungsphase komplett abgefahren werden. Der im Teilprojekt H2-ToGo benötigte Wasserstoff wird durch die Produktionskapazität von H2-Factory abgedeckt. Alternativ kann auch Biogas als Wasserstoffquelle dienen. Die Wasserstofferzeugung aus Biogas könnte ab 2024 eine größere Rolle spielen, da zu diesem Zeitpunkt zahlreiche Biogasanlagen in der Region aus der EEG-Förderung fallen werden.

Bereits heute ist ein Brennstoffzellen-Müllfahrzeug in der Stadt Reutlingen im Einsatz. Gemeinsam mit den Kommunen werden weitere Schritte für eine Erhöhung der Stückzahl solcher Fahrzeuge inklusive der hierfür notwendigen Tankstelleninfrastruktur ausgearbeitet werden.

Der Leuchtturm beinhaltet auch Maßnahmen zur Aus-, Weiter- und Erwachsenenbildung für die Modellregion. Die Menschen in der Modellregion werden Wasserstoff in ihrem direkten Umfeld erleben. Das Projekt soll dazu genutzt werden Menschen zu informieren und damit zur Meinungsbildung beitragen. Hierzu sollen sowohl Fragen der beruflichen Qualifikation im Bereich der Aus- und Weiterbildung als auch der Information der Bevölkerung in der Erwachsenenbildung adressiert werden.

• Status: Grundstückserwerb abgeschlossen,  Raumplanungsverfahren gestartet
• Projektrealisierung: Stufenweise ab 2024
• Investitionsvolumen/ Förderbedarf: 20 Mio. € / 11,5 Mio. €

Ein in der Zukunft tragfähiges und authentisches Produkt muss heute in seiner gesamten Entwicklung sowohl für Kundinnen und Kunden, wie auch in der gesamtgesellschaftlichen Bewertung nachvollziehbar und plausibel sein. Dazu wird ein passender Standort benötigt, an dem sich schon von vorneherein schonend eingesetzte Ressourcen, der Produktionsablauf, die Belegschaft, die gesamte Unternehmensatmosphäre, die Einbindung lokaler und regionaler Strukturen und Angebote in allen Aspekten der Produktion bündeln.

Mit diesen Faktoren im Blick wird die Stadt Schwäbisch Gmünd in Kooperation mit dem Ostalbkreis den neuen Industrie- und Technologiepark „H2-Aspen“ realisieren, der sich derzeit im Planungsverfahren befindet. Kernstück dieses Gebiets ist die Errichtung eines Elektrolyseurs zur Herstellung grünen Wasserstoffs mit einer Nettoleistung von 10 MW. Ergänzt wird dieser durch die erforderlichen Druckspeicher zur Bevorratung des produzierten Wasserstoffs, einer Pipeline zur Direktversorgung ansiedlungswilliger Unternehmen sowie einer öffentlich zugänglichen Wasserstofftankstelle.

Als Partner und Betreiber hat sich die Stadt Schwäbisch Gmünd für das französische Unternehmen Lhyfe S.A. entschieden, das zu diesem Zweck eine Niederlassung in Schwäbisch Gmünd gründen und ab 2024 täglich bis zu 4.000 kg grünen Wasserstoff produzieren wird.

Der neue Technologie- und Industriepark „H2-Aspen“ soll Unternehmen die an der Wasserstofftechnologie forschen, oder deren Betriebs- und Produktionsprozesse von der Nutzung des Wasserstoffs abhängen (bspw. bei der Herstellung von Brennstoffzellen-Stacks) ein nachhaltiges Technologie- und Industrieumfeld bieten, um deren Unternehmenstätigkeiten zukunftsfähig ausrichten zu können. Transformationsprozesse in Wirtschaft, Technik und Gesellschaft sollen dabei aktiv aufgegriffen und in innovative Lösungen und Ideen für den nachhaltigen Technologie- und Industriepark einfließen. Neben der Bereitstellung des grünen Wasserstoffs – der das essenzielle Kernelement dieses Vorhabens darstellt – wird die Planung durch eine Vielzahl weiterer nachhaltiger Aspekte und bauplanungsrechtlicher Maßnahmen vorangetrieben. Bei „H2-Aspen“ wird es sich um kein klassisches Industriegebiet der Gegenwart handeln. Unternehmen tendieren verstärkt zum Trend der Beteiligung an Quartierslösungen, sei es bei der Nutzung gemeinschaftlicher Parkhäuser, der Integrierung anfallenden Oberflächenwassers in einen betrieblichen Wasserkreislauf, der Nutzung intelligenter Nah- und Abwärmesysteme oder dem Bezug von Energie aus verschiedenen erneuerbaren Quellen wie Wind und Photovoltaik.

Forschung

Das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) in Schwäbisch Gmünd betätigt sich seit Jahren erfolgreich auf dem Gebiet der Brennstoffzelle. Der geplante Ausbau des Institutes mit einem Volumen von rund 20 Mio. € sieht eine Stärkung exakt in diesem Bereich der Wasserstoffforschung vor. Im neu zu errichtenden Trainingscenter „H2-Aspen HyQuarter@fem“ – als einem weiteren Kernelement von H2-Aspen – sollen Fachkräfte durch koordinierte Fort-, Aus- und Weiterbildungsprogramme passgenau für den Einsatz von Wasserstofftechnologien qualifiziert werden. Hierzu kooperieren das Weiterbildungszentrum für innovative Energietechnologien der Handwerkskammer Ulm (WBZU), die Technische Akademie Schwäbisch Gmünd, die IHK Ostwürttemberg und die Hochschulen Aalen und Esslingen.

Das fem wird die Einrichtung „H2-Aspen HyQuarter“ als Schaltzentrale für die Themen Netzwerkbildung, F&E sowie der Bereich Fort-, Aus- und Weiterbildung betreiben. Die bereits bestehenden Netzwerkstrukturen am fem bilden die ideale Grundlage.

Darüber hinaus wird das fem in eine modulare Cluster-Anlage investieren. Die Anlage soll es ermöglichen, in direkter Zusammenarbeit mit KMU und Industrie neuartige Materialien, Werkstoffe und Oberflächen für Brennstoffzellen und die Elektrolyse zu entwickeln.

Im Leuchtturmprojekt 3 „H2-Aspen“ werden die Bereiche Industrie, Forschung und der Bereich Fachkräfte mit den Themen Fort-, Aus- und Weiterbildung im Einklang gebündelt, um einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Wertschöpfung durch Wasserstoff zu leisten – und damit dem Grundgedanken des gesamten Projekt in der Modellregion grüner Wasserstoff Baden-Württemberg Rechnung tragen.

• Status: Planungsphase
• Projektrealisierung: 2023 erste Wasserstoffproduktion
• Investitionsvolumen/ Förderbedarf: 14,7 Mio. € / 10 Mio. €

Das Leuchtturmprojekt H₂-Grid erprobt dezentrale Konzepte und weist deren Funktion durch vernetzte Demonstratorsysteme in der Modellregion für eine ökologisch und ökonomisch effiziente Integration von Elektrolyseuren in Haushalte, Industriebetriebe (KMUs), Quartiere und Kommunen in einem Konzept entsprechend der Abbildung nach.

In diesem Konzept wird der erzeugte Wasserstoff nicht verstromt, sondern an Abnehmer (Wasserstoffzug, Wasserstofftankstellen, ÖPNV, Industrie) in der Region vertrieben. Die beim Elektrolyseprozess entstehende Wärme wird über ein Wärmenetz genutzt, der entstehende Sauerstoff nach Bedarf einer direkten Nutzung zugeführt.

Die Innovation des Projekts besteht in der optimierten Betriebsführung durch ein sektorübergreifendes, prognosebasiertes Demandmanagement, das die Verfügbarkeit von grünem Strom einerseits und die Wasserstoff- und Wärmebedarfe andererseits berücksichtigt und so zu einem ökonomisch und ökologisch optimierten Betrieb führt. Zusätzlich werden Aspekte wie Netzdienlichkeit des Anlagenbetriebs berücksichtigt.

Die Kooperationspartner Stadtwerke Tübingen, Rottenburg, Mössingen, FairEnergie GmbH und FairNetz GmbH Reutlingen, die SÜLZLE-Gruppe sowie die Hochschule für Forst Rottenburg, die Technische Hochschule Ulm und die Hochschule Reutlingen bearbeiten die Fragestellungen zur lokalen und netzübergreifenden Erzeugung, der Speicherung und des Transports sowie der Nutzung des Wasserstoffs ebenso wie der Wärme. Die Auslegung und Steuerung erfolgt optimal im Sinne eines maximalen ökologischen und ökonomischen Nutzens.

• Status: Planungsphase
• Projektrealisierung: seit 2022

Zuständigkeiten der Geschäftsstelle im Rahmen des Förderprojekts sind die Einrichtung und der Betrieb einer Geschäftsstelle mit Geschäftsführung und Fachberatung. Sie hat die Koordination des Gesamtprojekts in der Hand und fördert die Information und Akzeptanzförderung rund um Wasserstoff. Des Weiteren sorgt sie für einen Aufbau und den Betrieb einer regionalen Wissensdatenbank ab 2023 und eine Plattform für Bildung und Weiterbildung ab 2025.