Grüner Wasserstoff bereit für große Maßstäbe

Fabian Kauschke

Verneunfacht hat sich die weltweite Elektrolysekapazität von 2021 bis 2025 nach Daten der Internationalen Energieagentur. Gleichzeitig sind die jährlichen Investitionen von 500 Millionen auf fast acht Milliarden US-Dollar gestiegen. Die Zahlen zeigen eine klare Tendenz. Zur Realität gehört jedoch auch, dass in Deutschland bislang nur 44 Projekte mit 181 Megawatt in Betrieb sind. Das geht aus dem aktuellen Wasserstoffmonitor des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft hervor. Für weitere 27 Projekte mit in Summe 1.271 Megawatt gibt es immerhin eine Investitionsentscheidung oder sie sind im Bau. Für den überwiegenden Anteil der Projekte mit 11.896 Megawatt gibt es jedoch keine finale Entscheidung. Als Gründe für die Verteilung nennt der Verband die Rahmenbedingungen sowie die Lücke zwischen der Zahlungsbereitschaft der Abnehmer und den Wasserstoffbereitstellungskosten. Wie sich diese entwickeln können, zeigt die Grafik auf der Vorseite auf Basis einer Studie der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE). Entwicklungspotenzial ist daraus deutlich zu erkennen und somit zeigt sich, dass der Hochlauf kurz vor dem nächsten wichtigen Schritt steht.

Flexible Elektrolyse für die Industrie

Die Entwicklungen der Erzeugungskapazität werden besonders deutlich, wenn aus Pilotprojekten für grünen Wasserstoff industrielle Prozesse entstehen. Der Elektrolyseurhersteller Quest One konzentriert sich daher nun auf industrietaugliche Lösungen statt auf Einzelprojekte und etabliert dabei standardisierte und flexible Elemente. Im Zentrum dafür steht ein modulares 10-Megawatt-Elektrolysemodul, das sich für Anlagen auf über 100 Megawatt skalieren lässt. Durch projektspezifische Optionen wie Indoor- oder Outdoor-Installationen, Wasserstoffreinigung oder regionale Anpassungen an regulatorische Anforderungen in Europa oder Nordamerika lässt sich die Erzeugungsanlage außerdem flexibel auf die Anwendung ausrichten.

181 Megawatt Elektrolyseleistung sind aktuell in Deutschland in Betrieb.

Reale Praxiserfahrung sammelt der Hersteller durch eine Demonstrationsanlage in Augsburg. Einerseits dient diese als Teststation, um Betriebsdaten zu generieren, die Performance zu optimieren und Sicherheitskonzepte unter realen Bedingungen zu validieren. Andererseits sammelt das Konzept Informationen, die entlang der echten Wertschöpfungskette auftreten. Dazu gehören unter anderem behördliche Genehmigungsprozesse, projektspezifische Anpassungen und optimierte Montagereihenfolgen.

Quest One produziert in Hamburg. In 60 Minuten lassen sich in der Fertigung Elektrolyse-Stacks produzieren. Für eine schnelle Verfügbarkeit bei steigender Nachfrage durch den Hochlauf ist damit gesorgt. Die technische Voraussetzung, die dafür bestehen, werden jedoch durch die regulatorischen Marktbedingungen noch nicht abgebildet. „Der Markt könnte deutlich schneller skalieren, wenn die Rahmenbedingungen konsistenter und umsetzbarer wären“, sagt Michael Meister, CEO von Quest One. Die Wasserstoffwirtschaft entwickle sich zwar leicht positiv, angesichts der hohen Investitionskosten müssten jedoch die wichtigen Rahmenbedingungen ausgereift werden. Baustellen wie der delegierte Rechtsakt zu erneuerbaren Kraftstoffen nicht biogenen Ursprungs (RFNBO), Netzentgelte oder verbindliche Quoten für die Industrie würden darüber entscheiden, wie schnell sich der Markt entwickelt.

Zertifizierung nach neuen Regelungen

Aktuell bestimmen zwei Mechanismen den Markt für die Erzeugung und den Import von grünem Wasserstoff in die Europäische Union. Einerseits definiert der RFNBO, nach welchen Kriterien diese als grün zertifiziert werden dürfen. Andererseits regelt das Instrument der EU-Klimapolitik CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism), wann Importe von CO₂-intensiven Gütern mit einem CO₂-Preis belegt werden müssen. Dies soll Wettbewerbsverzerrungen und Verlagerungen von Emissionen ins Ausland begrenzen. Nur akkreditierte Zertifizierungsstellen wie der TÜV Süd dürfen die Zertifizierung nach diesen beiden Mechanismen durchführen. Für CBAM werden die sogenannten Embedded Emissions bei der Herstellung des Produkts, in diesem Fall Wasserstoff, ermittelt. Das sind die Emissionen, die im Zuge der Herstellung freigesetzt werden. Der RFNBO vergleicht die Emissionen dagegen mit einem Mindestwert nach EU-Regelung entlang der Wertschöpfungskette – von der Erzeugung erneuerbarer Energien bis zur Lieferung an den Endverbraucher. Daher unterscheiden sich die Mechanismen in ihrer Prüfmethode.

Der Markt könnte deutlich schneller skalieren, wenn die Rahmenbedingungen konsistenter und umsetzbarer wären.

Wenn grüner Wasserstoff jedoch gemäß den Zertifizierungsregeln durch Elektrolyse gewonnen wird, liegt es für den TÜV Süd nahe, dass die für CBAM relevanten Emissionen bei der Herstellung gering sind. „Damit ist es möglich, durch die Kombination beider Prüftätigkeiten eine Kostenersparnis nicht nur der externen, sondern auch der internen Kosten und Zeitaufwände für Vorbereitung und Durchführung der Audits zu erreichen“, bestätigt Michael Landspersky, Product Manager Renewable Gases beim TÜV Süd.

Zu beachten ist, dass CBAM erst seit dem 1. Januar 2026 in der Regelphase in Kraft getreten ist und zugelassene Stellen RFNBO ebenso erst seit rund einem Jahr zertifizieren können. Seit der Anerkennung der Zertifizierungssysteme durch die Europäische Kommission hat der TÜV Süd bislang hauptsächlich kleinere Anlagen mit fünf bis zehn Megawatt zertifiziert. Für diese sei es leichter möglich, ihre Produktionsmengen über aktuelle Lieferwege, wie Lkw-Trailer, bis zum Endverbraucher zu verteilen. Größere Anlagen mit über 100 Megawatt würden zwar auch schon zugelassen, aber durch die Entwicklung des Marktes und ein noch nicht funktionierendes Wasserstoffverteilnetz inklusive Speicher gebremst werden.

Skalierbare Gleichstromlösungen

Neben den regulatorischen Bedingungen bringen technische Fortschritte, die für den zuverlässigen Betrieb von Elektrolyseuren eine zentrale Rolle spielen, den Markt immer näher an den industriellen Maßstab. Dazu gehören Gleichstromquellen. Diese sorgen bei Elektrolyseanwendungen dafür, dass elektrischer Strom in eine konstante Richtung durch die Elektrolytlösung fließt und garantieren so einen reibungslosen Ablauf der chemischen Reaktion. Plating Electronic fokussiert sich auf Gleichstrom für alle gängigen Elektrolyseverfahren, Power-to-X und Chlorelektrolyse-Anwendungen. Für den realen Einsatz bei der Produktion von grünem Wasserstoff helfen Containerlösungen, um Verzögerungen bei der Inbetriebnahme zu vermeiden. Wesentliche Komponenten sind somit bereits vormontiert und getestet. Das erhöht die Planbarkeit und beschleunigt die Inbetriebnahme, insbesondere an Schnittstellen zwischen Gewerken und bei kurzfristigen Änderungen auf der Baustelle. Wie bei der Elektrolyseeinheit von Quest One arbeitet Plating Electronic ebenso mit flexiblen und standardisierten Elementen. Durch die modulare Architektur der Containerlösung lassen sich Leistung und Ausführung skalieren, wenn Projekte wachsen. Ebenso steht dabei der Übergang in industrielle Prozesse im Vordergrund.

Unter­nehmen können durch die ­Kombination der Prüf­prozesse Effizienz­gewinne erzielen.

Die Skalierung von einigen wenigen Megawatt bis auf über 100 Megawatt gehöre hierbei zu den zentralen technischen Herausforderungen: „Besonders anspruchsvoll sind dabei die Netzintegration sowie die Sicherstellung hoher Verfügbarkeit über lange Betriebszeiten hinweg.“ Der Hochlauf auf die industrielle Ebene zeigt jedoch auch Vorteile. Hatten Anbieter von Gleichstromquellen bislang mit sehr unterschiedlichen Anforderungen der Elektrolysehersteller zu kämpfen, etablieren sich immer mehr Standards. Damit können Anlagenkonzepte gezielter umgesetzt werden, mit positivem Einfluss auf Kosten und Verfügbarkeit. Das verdeutliche eindrucksvoll die Entwicklung des Marktes, bei der Skalierbarkeit und Versorgungssicherheit immer wichtiger werden.

Nickelsulfamat-Beschichtung

Soll die Skalierung auf industrielle Maßstäbe ihre gewünschten Ergebnisse zeigen, müssen Elektrolyseure mit einem konstanten und langlebigen Wirkungsgrad agieren. Die Holzapfel-Gruppe sorgt mit galvanischer Nickelsulfamat-Beschichtung dafür, dass die erforderlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften für den Betrieb in einem Elektrolyse-Stack gewährleistet sind. Nickelsulfamat-Beschichtungen eignen sich hierfür besonders gut, da sie eine geringe Eigenspannung, eine hohe Duktilität und Reinheit aufweisen.

Bipolarplatten, die die Gasräume trennen und den Strom von Zelle zu Zelle leiten, benötigen eine porendichte Schicht. Diese verhindert Korrosion, Lochfraß und das Austreten schädlicher Metallionen in den Elektrolyten. Dadurch sinkt der elektrische Kontaktwiderstand im Vergleich zu blankem Edelstahl erheblich. An den Anoden und Kathoden dient die Schicht als Schutz, um mechanische Spannungen abzufangen. Als galvanisches Verfahren nutzt Holzapfel das Composite Plating. Dazu werden dem Nickelsulfamat-Bad katalytische Partikel beigemischt, die sich während der Galvanik direkt in die Nickelschicht einlagern. So werden Korrosionsschutz und Katalyse in einem Schritt erzeugt.

Besonders anspruchsvoll sind dabei die Netzintegration sowie die Sicherstellung hoher Verfügbarkeit über lange Betriebszeiten hinweg.

Auch die Beschichtungstechnik steht vor der Entwicklung zur industriellen Serienfertigung. Herausfordernd sind hierbei technische und finanzielle Faktoren. „Die Beherrschung von Materialspannungen, Schichthomogenitäten und stabilen Verbindungen auf großflächigen Elektroden von rund zwei Quadratmetern bildet das aktuell technische Nadelöhr der galvanischen Beschichtungstechnologie“, so Holzapfel. Für die Weiterentwicklung der Technik engagiert sich das Unternehmen als Entwicklungspartner, beispielsweise bei der Erforschung stoffschlüssiger Verbindungstechnik für hocheffiziente Elektrodenpackages. Darüber hinaus ist der Betrieb für Oberflächenverfahren am Reallabor-Standort Wyhlen aktiv beteiligt und untersucht dort die Leistungsoptimierung galvanisch erzeugter Raney-Nickel-Katalysatorschichten für die Wasserelektrolyse.

Regularien brauchen Entwicklung

Von der Elektrolyse über Zertifizierungsregelungen bis hin zu wichtigen technischen Bestandteilen zeigen viele Elemente der Wasserstoffwirtschaft den Fortschritt der Technik. Die Unternehmen bereiten ihre Produkte und Dienstleistungen auf den Hochlauf auf industrielles Niveau vor. Gleichzeitig sehen viele die aktuell bestehenden Rahmenbedingungen als Hemmnis an. Zwar definieren die Regelungen der Europäischen Union die Bedingungen für grünen Wasserstoff klar, dennoch sind die Bereitstellungskosten noch zu hoch, um Betrieben eine ökonomische Dekarbonisierung zu ermöglichen. Der Markt positioniert sich zu den vorherrschenden Bedingungen. So sind auch hier Entwicklungen absehbar.