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Den Energieträger von morgen entwickeln

Wie an der Universität Bremen der mögliche Einsatz von Wasserstoff erforscht wird

Wasserstoff gilt als der „Energieträger von morgen“: Er ist klimaneutral und vielfältig einsetzbar und gilt als wichtig für die Verringerung des deutschen Kohlenstoffdioxid (CO2)-Ausstoßes. Aber wie und wo man Wasserstoff am besten einsetzt, muss praxisnah erforscht werden – und das geschieht unter anderem im Fachgebiet Resiliente Energiesysteme der Universität Bremen.

Das liest sich nicht leicht und klingt klassisch nach Wissenschaft: „H2B – Roadmap für eine graduelle Defossilisierung der Stahlindustrie und urbaner Infrastrukturen mittels Elektrolyse-Wasserstoff in Bremen“. So lautet der Titel des Projekts, das Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Dr. Torben Stührmann, den kommissarischen Teamleiter des Fachgebiets Resiliente Energiesysteme im Fachbereich Produktionstechnik, seit Januar 2020 beschäftigt. Dreh- und Angelpunkt ist dabei das große Stahlwerk von Arcelor-Mittal. Es ist ein wichtiger Bestandteil der bremischen Wirtschaft – 3.100 Menschen haben hier einen Arbeitsplatz.

Ein Projekt mit großer Tragweite: Immerhin geht es um nichts Geringeres, als dieses Werk so rasch wie möglich CO2-neutral zu machen. Warum? Weil es leider auch einer der größten Luftverschmutzer der Region ist. Es stößt jährlich rund sechs Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid aus, so viel wie der Rest der Stadt zusammen.

„Grüner Stahl“ dank Wasserstoff

Bislang wird für die Stahlproduktion im Hochofen vor allem Kohle und Erdgas genutzt. Dies ist besonders CO2-intensiv. Die Idee ist nun, den Kohlenstoff in der Produktion durch Wasserstoff zu ersetzen. Weil der klimaneutral zum Beispiel mit Strom aus Windenergie erzeugt werden kann, gilt er als „grüner Energieträger“ und ermöglicht es so, „grünen Stahl“ herzustellen.

Das Konzept sieht vor, auf dem Gelände von ArcelorMittal einen Elektrolyseur zu bauen. Mit Strom aus Windenergie wird in diesem das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff soll nicht nur das Stahlwerk und weitere Betriebe als Energieträger versorgen, sondern auch Fahrzeuge: „Die Mobilität steht ebenso im Fokus aktueller Wasserstoff-Strategien“, sagt Stührmann. „Es wird bereits erprobt, ob LKW und Busse wirtschaftlich mit Wasserstoff fahren können. Dies ist natürlich auch für Bremen als Logistik Standort spannend. In unserem Fall wollen wir darüber hinaus aber auch Züge oder die Binnenschifffahrt mitdenken.“

Arbeitsgruppe mit zwölf Doktorandinnen und Doktoranden

Wie man nun von den fossilen Energien Kohle und Erdgas auf die grüne Energie Wasserstoff im Stahlwerk umstellen kann, sollen Torben Stührmann und seine Arbeitsgruppe mit zwölf Doktorandinnen und Doktoranden im Fachbereich Resiliente Energiesysteme herausfinden. „Resilient“ bedeutet in diesem Zusammenhang, die Unsicherheiten zu berücksichtigen, die ein solch tiefgreifender gesellschaftlicher und technologischer Veränderungsprozess mit sich bringt.  

„Bei der Einführung von Wasserstoff als Energieträger werden völlig neue Zusammenhänge und Probleme auftauchen.“

„Es ist schwer vorauszusehen, wohin die Reise geht. Klar ist aber: Es werden völlig neue Zusammenhänge und Probleme auftauchen, die resiliente Lösungsansätze brauchen“, sagt der Wissenschaftler. „Wir können nicht voraussagen, wie dieser hochkomplexe Prozess verläuft. Diese Unsicherheiten müssen wir bei der Gestaltung der Wasserstoffwirtschaft in und für Bremen bei unseren Forschungen berücksichtigen.“

Bislang stößt das Bremer Stahlwerk jährlich rund sechs Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid aus, so viel wie der Rest der Stadt zusammen.
© Thomas Joswig / ArcelorMittal

Im Mittelpunkt des Projekts stehen zunächst ganz grundlegende Fragen: Wie lässt sich Wasserstoff erzeugen und transportieren, was kostet die Produktion, wie nachhaltig ist dieser Energieträger wirklich? Die Einführung des Wasserstoffs gilt als teuer, „aber das wird eine unterlassene Energiewende auch“, so Stührmann. Für die Energie der Zukunft wird derzeit überall in die anwendungsorientierte Forschung zu diesem Thema investiert – nun eben auch in Bremen. Finanziert wird das Projekt von der Bremer Aufbaubank. Beteiligt sind neben ArcelorMittal auch die Energieversorger swb und EWE.

Auch ökonomische Aspekte werden untersucht

An der Universität kooperiert die Gruppe um Torben Stührmann mit der Forschungsgruppe Innovations- und Strukturökonomik von Professorin Jutta Günther aus dem Fachbereich Wirtschaftswissenschaft. „Beim Aufbau einer Wasserstoff-Wirtschaft werden völlig neue Wertschöpfungsketten etabliert. Da tauchen unzählige rechtliche, regulatorische und ökonomische Fragestellungen auf, die von den Wirtschaftswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern untersucht werden“, sagt Jutta Günther. Tiefgreifende Transformationsprozesse erfordern die Kooperationsbereitschaft und Akzeptanz in der Gesellschaft. Zudem braucht es passende Politikmaßnahmen. Die damit zusammenhängenden Aspekte werden von der Forschungsgruppe Innovations- und Strukturökonomik unter die Lupe genommen.

„Die Nationale Wasserstoffstrategie soll grünen Wasserstoff marktfähig machen.“

Weil das H2B-Projekt in Bremen auch einen Vorbildcharakter hat, hat sich das Fachgebiet Resiliente Energiesysteme zusammen mit den Energieversorgern swb und EWE sowie der Projektentwicklungsagentur hypion jetzt auch mit einem weitergehenden Projektvorschlag am Ideenwettbewerb „Wasserstoffrepublik Deutschland“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) beteiligt. „Die Bundesregierung hat eine Nationale Wasserstoffstrategie ausgerufen, mit der die Bundesregierung die Entwicklung neuer klimafreundlicher Wasserstofftechnologien weiter vorantreiben will“, so Torben Stührmann. „Diese Wasserstoffstrategie soll grünen Wasserstoff marktfähig machen und den Einstieg der Bundesrepublik in eine Wasserstoffwirtschaft vorbereiten.“ Neun Milliarden Euro stehen dafür aus dem Konjunkturpaket der Bundesregierung bereit.

Bislang wird für die Stahlproduktion in Bremen vor allem CO2-intensive Kohle und Erdgas genutzt. Idee ist nun, den Kohlenstoff in der Produktion durch Wasserstoff zu ersetzen.
© Thomas Joswig / ArcelorMittal

Für Nationale Wasserstoffstrategie beworben

Fördergeld, das natürlich auch in Bremen für Forschungsprojekte gern gesehen wäre. „HyBit als Initialimpuls für die Wasserstoff-Hanse“ heißt der von Torben Stührmann und seinen Partnern formulierte und koordinierte Projektvorschlag zur Etablierung einer „Wasserstoff-Hanse“. HyBit steht für „Hydrogen for Bremen‘s industrial transformation“ und führt das H2B-Vorhaben auf eine höhere Ebene. Ziel ist, im Nord- und Ostseeraum den zügigen Transformationsprozess zu defossilisierten Industrien (Stahl, Zement, Chemie und andere) mit grünem Wasserstoff gemeinsam anzupacken.

„Eine der vielen Aufgaben dabei ist es, auf lokalen, regionalen, nationalen und internationaler Ebene einen Dialog zwischen politischen Entscheidungsträgern, Experten, Unternehmen und der Gesellschaft aufzubauen. Hier geht es um den länderübergreifend harmonisierten Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft – da besteht immenser Abstimmungsbedarf“, sagt Stührmann. Mitte August 2020 hat der Bremer Forscher das Projekt bei einem Treffen in Salzgitter der Bundesministerin Anja Karliczek persönlich vorgestellt.

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