Die Wasserstoffwirtschaft benötigt viele neue Kompetenzen, um die Herausforderungen des Transformationsprozesses zu meistern. Dazu braucht es passende Wasserstoff-Weiterbildungen.
Vor dieser Diagnose fürchtet sich nicht nur die Solarbranche: Installationsinfarkt*. Ein Schreckensszenario für den geplanten, notwendigen und ja, gewünschten Ausbau der Photovoltaik in Deutschland für mehr Solarenergie – nicht nur als Ersatz für Gas, Öl und Kohle aus Russland, sondern auch für die angestrebte Energiewende und die Erreichung der Pariser Klimaziele. Grund für dieses Szenario ist der massive Fachkräftemangel in der Solarbranche. Die plötzliche Dynamik offenbart die Versäumnisse im Bereich der Qualifizierung, der beruflichen Weiterbildung und des Aufbaus von Fachkräften in der Branche. Eine ähnliche Dynamik ist derzeit im Wasserstoffsektor zu beobachten, verursacht durch die geopolitischen Ereignisse. Damit hier kein Fachkräftemangel in der Umsetzung droht, Wertschöpfung abwandert und der Wirtschaftsstandort leidet, müssen gezielt und in der Breite Wasserstoff-Weiterbildungen stattfinden. Die angewandte Forschung schreitet hier voran und steckt Felder ab, in denen zukünftige Innovationen einen Bedarf an qualifizierten Fachkräften erfordern werden – und sie steht als Know-How und Wissensträger bereit.
Wasserstoff – der Schlüssel zur Dekarbonisierung
Wasserstoff (H2) als Technologie ist nicht neu. Seit Jahrzehnten wird daran geforscht. Es gibt eine Vielzahl an Daten aus Studienmaterial, Grundlagenforschung und angewandte Forschung, Pilotprojekte in unterschiedlichen Branchen sowie erste Umsetzung im Bereich der Brennstoffzellen. Bewegung kam in das Thema im Zuge der Klimaziele und durch die beschlossenen Ausstiege aus der Atomkraft und Kohle. Die Hoffnung ist groß, dass Wasserstoff viele Energieprobleme in Zukunft lösen wird und zur Reduzierung von Emissionen aus fossilen Brennstoffen beitragen kann. Damit ließen sich die Klimaziele erreichen und die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen und deren Produzenten senken oder gar ganz abschaffen. Wasserstoff kann in der Wärmeversorgung als Energieträger fungieren und in der Industrie viele Prozesse von fossilen Quellen unabhängig machen. Die Nutzung von grauem Wasserstoff in der Chemiebranche ist Jahren Realität. So nutzt Deutschland in Chemie und Petrochemie aktuell rund zwei Millionen Tonnen H2 jährlich aus fossilen Quellen. Diesen durch »grünen« Wasserstoff zu ersetzen, könnte über zwei Prozent des CO2 -Ausstoßes einsparen. Ähnliches gilt für die Herstellung von Ammoniak für Düngemittel. Und in der Mobilität kann Wasserstoff als komplementärer Ansatz zur Batterietechnologie bei großen Distanzen und schweren Lasten dienen – etwa bei Lkw, Zügen, Flugzeugen und Schiffen.
Infokasten: Farbenlehre Wasserstoff
Wasserstoff ist ein farbloses Gas. Die Kennzeichnung mit Farben erfolgt aufgrund seines Ursprungs.
- Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dafür wird Strom aus erneuerbaren Energiequellen verwendet. Grüner Wasserstoff ist deshalb CO2-frei.
- Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung meist aus fossilem Erdgas hergestellt. Dabei entstehen rund 10 Tonnen CO2 pro Tonne Wasserstoff. Das CO2 wird in die Atmosphäre abgegeben.
- Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, bei dessen Entstehung das CO2 jedoch teilweise abgeschieden und im Erdboden gespeichert wird (CCS, Carbon Capture and Storage). Maximal 90 Prozent des CO2 sind speicherbar.
- Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wird. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Das Verfahren der Methanpyrolyse befindet sich derzeit noch in der Entwicklung.
Für viele Branchen und Unternehmen ist das Thema jedoch neu. Viele Fragen sind noch nicht beantwortet: von der Art des Wasserstoffs, der für einzelne Anwendungen benötigt wird, bis hin zu Sicherheitsaspekten und den benötigten Kompetenzen und Qualifizierungsstand der Menschen, die damit umgehen sollen. Auch Kommunalpolitik und Verwaltung müssen sich bei ihren energiepolitischen Entscheidungen auf die Anforderungen von Wasserstoff einstellen. Sie werden mittelfristig ebenfalls viel Wissen rund um Wasserstoff benötigen, neue Standards erarbeiten und anwenden müssen.
Weiterbildung gegen „Umsetzungsinfarkt“ und Wertschöpfungslücke
Der Transformationsprozess hin zu CO2-neutralen Energien und zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen setzt große Veränderungsprozesse in Gang – sowohl auf der Hersteller- als auch auf der Anwender- und Nutzerseite. Auch hier besteht die Gefahr eines Umsetzungsinfarkts, wie in der Solarbranche. Nimmt die Dynamik der Transformation aufgrund von politischen Entscheidungen zu, so kann es auch hier zu einer Kompetenzlücke und zu Fachkräftemangel kommen, wenn beispielsweise bestimmte Branchen kurzfristig auf Wasserstoff umstellen müssen, jedoch weder genügend Fachkräfte in den Betrieben noch ausreichend ausgebildetes Personal bei Dienstleistern vorhanden ist.
Die Anforderungen an die Herstellungsprozesse sind hoch. Diejenigen an die Anwender ebenfalls. Gerade wenn es um die Verarbeitung und Nutzung von Wasserstoff geht, fehlen Strukturen für Verteilung und Logistik, Technologien, gesetzliche Rahmenbedingungen und Fachkräfte. Die vorstehende Bandbreite an Kompetenzen, die in der Forschung entstehen, lassen auf die benötigten Kompetenzen in Industrie, aber auch z.B. in der Verwaltung schließen. Letztere müssen erst noch definiert werden. Während die Forschung viele Kompetenzen definiert hat und Wissenschaftler*innen aus unterschiedlichsten Disziplinen neue Wege zur Realisierung der Energie- und Rohstoffwende beschreiten, befindet sich die Anwendungsseite erst am Anfang eines Findungsprozesses. In diesem müssen die Anforderungen an Qualifizierung und berufsbegleitende Weiterbildung noch definiert werden, die den Transformationsprozess kurz bis mittelfristig begleiten. Langfristig müssen neue Berufsbilder und neuartige Weiterbildungs-Curricula entstehen, die die Basis für den Erfolg der Wasserstoffwirtschaft bilden werden.
Um die Chancen, die Wasserstoff bietet, in vollem Umfang zu nutzen, müssen Unternehmen frühzeitig in die Qualifizierung ihrer Mitarbeitenden investieren, um zu profitieren. So muss zunächst der Bedarf identifiziert werden, eine technische und wirtschaftliche Planung vorgenommen werden, um einen Kompetenzaufbau zu starten. Dieser Kompetenzaufbau muss sowohl im Bereich des Betriebs, der Produktion und der Anwendung allgemein stattfinden, aber auch im Bereich der Prüfung und Instandhaltung. Industrielle H2-Systeme werden komplex sein und eine Fülle an Kompetenzen erfordern, aber auch im Bereich der Mobilitätssysteme werden die Anforderungen an die Sicherheit (Safety) künftig fest mit Kompetenzen im Bereich Wasserstoff verbunden sein.
Die Fraunhofer Academy hat frühzeitig mit der Entwicklung von Wasserstoff-Weiterbildungen begonnen, um die Unternehmen bei der Transformation zu begleiten. Diese basieren auf der Forschungskompetenz und wissenschaftlichen Exzellenz führender Fraunhofer-Institute im Forschungsfeld Wasserstoff. Diese werden stetig weiterentwickelt, indem sie sowohl die Entwicklungen in der Wissenschaft als auch in der Wirtschaft widerspiegeln und aufeinander abgestimmt werden. In den unterschiedlichen Schulungsreihen erhalten Fach- und Führungskräfte somit gebündeltes Know-How, angefangen beim Grundlagenwissen über Sicherheitsfragen zur Produktion bis hin zur Prozessoptimierungen. Die Schulungen richten sich an unterschiedlichste Wirtschaftssektoren und Zielgruppen.
Chancen für Klima und Wirtschaft
Die Anforderungen an die Wasserstoffwirtschaft sind nicht erst seit dem Beginn des Ukraine-Krieges gestiegen, wenngleich sich die Diskussion über eine Energieversorgung unabhängig von Russland beschleunigend auf den Transformationsprozess auswirkt. Die Notwendigkeit für die Transformation besteht bereits seit vielen Jahren. Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung wurde am 10. Juni 2020 beschlossen. Als Beitrag zur Erreichung des Zwei-Grad-Ziels des Pariser Abkommens steht Wasserstoff als Teil des CO2-neutralen Energiemixes im Fokus der Bemühungen, unabhängig von fossilen Rohstoffen zu werden und der Industrie neue Energiequellen bereitzustellen – bspw. als Ersatz für Gas in der Chemie- und Stahlindustrie. Aber auch der emissionsstarke Verkehrssektor (Auto, Flugzeug, Schiff) wird sich technologisch stark wandeln müssen.
Der Ausbau der Wasserstoffwirtschaft birgt somit Chancen für das Klima, wie auch für eine zukunftsfähige Wertschöpfung in Deutschland. Die Anstrengungen dafür werden auf allen Ebenen enorm sein müssen. Neben der Transformation bestimmter Branchen geht es um nicht weniger als den Aufbau neuer Branchen, angefangen bei neue Gesetz- und Genehmigungsverfahren, über Standardisierung bis hin zum Ausbau der Netzinfrastruktur und Speichermedien. Zudem wird Wasserstoff auch als chemischer Rohstoff benötigt – ein enormes Potenzial, das hier gehoben werden muss.
Diese Chancen dürfen nicht vertan werden, da sie weitreichende negative Folgen für das Klima, aber auch für den Industriestandort Deutschland nach sich ziehen würden. In der Diskussion um den Verzicht auf Gaslieferungen als Reaktion auf den Krieg in der Ukraine zeigt sich deutlich, wie gefährdet große Teile der deutschen Industrie sind. Die Transformation ist jedoch durch den beschlossenen Ausstieg aus der Atom- und Kohleenergie in vollem Gange und Wasserstoff kann hier der Schlüssel sein, den Deutschland als Wirtschaftsstandort für die Zukunft gut und konkurrenzfähig aufzustellen.
Fraunhofer: Innovation für die Wende
Das Potenzial für Deutschland und die gesteckten Ziele können nur durch gemeinsame Anstrengung aller Akteure erreicht werden – und durch Innovation und Forschung. Fraunhofer unterstützt aktiv die nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung und deren Umsetzung. Dies erfolgt durch den Ausbau und die Bündelung Kompetenzen an unterschiedlichen Fraunhofer-Instituten deutschlandweit. Dazu zählen Kompetenzen und Expertise in den Bereichen der Klimatechnologien, Prozess-Simulation, Speicherkonzepte, Infrastrukturplanung, Wasserstoffproduktion, Anwendung im maritimen Bereich, Mobilitätskonzepte, Antriebssysteme, Akzeptanzforschung und viele mehr. Neben vielen führenden Unternehmen für Wasserstofftechnologien ist Deutschland somit auch im Bereich der angewandten Forschung gut aufgestellt. Die Forschung kann nachhaltig die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands stärken und die industrielle Wertschöpfung im Land halten.
Dabei wird es auch um Automatisierung und Digitalisierung gehen müssen, um die erforderlichen Mengen an bspw. Elektrolyseuren, die weitestgehend manuell gefertigt werden, der Wirtschaft zur Verfügung zu stellen. Auch hierbei unterstützt Fraunhofer die Unternehmen sowohl direkt durch Auftragsforschung und direkte technologische Unterstützung als auch durch die Beteiligung an so genannten Reallaboren für die Energiewende. Rund die Hälfte der 20 Reallabore beschäftigt sich mit Wasserstofftechnologien. Eines der vielen Ziele sind 100-MW-Hydrolyseure und ihre Systemintegration. Hier bringt Fraunhofer Kompetenzen bei Material und Systemen sowie deren Produktion, die Anwendung in der Energiewirtschaf, in Industrie und Mobilität als auch die Sicherheit und Lebensdauer betreffende Themen in die Entwicklung von Produkten ein.
Fraunhofer ist bei folgenden H2-Technologien und -Prozessen aktiv:
- Klimaneutrale Industrielle Prozesse – Co2-arme Produktion in der Chemiewirtschaft; P2X – Wasserstoffherstellung aus Wind- und Solarenergie; Erzeugung von Wasserstoff aus biogenen Quellen.
- Balance im Energiesystem – Speicherung von Wasserstoff; Wirtschaftlichkeit von Wasserstofftechnologien.
- Verkehr ohne fossile Treibstoffe – Mobilitätsstrategien und Infrastruktur; Wasserstoff als direkter und indirekter Kraftstoff; Sicherer Wasserstoff in der Luftfahrt
- Standards, Prüfung, Lebenszyklus – Prüfverfahren für Werkstoffe und Bauteile von Brennstoff- und Elektrolysezellen; Sichere Energieversorgung im Wohnquartier; Sicherer Antrieb von Brennstoffzellen-Autos; Sichere Speicherung und Transport; Langlebigkeit und Stabilität von Katalysatoren und Life Cycle-Analyse.
- Die technische Basis – Vom Material zum System: Verstromung von Wasserstoff; AEL und PEM-Elektrolyse; Rückverstromung von Wasserstoff; Katalysatoren und Speicherverfahren.
- Produktion der Systeme – Automatisierung der Elektrolyseurherstellung; Automatisierte Fertigung von Einzelkomponenten; Qualitätssicherung, Produktionssicherheit und Bauteilhandling; Mess- und Regelungskonzepte für Brennstoffzellen-Systeme; Digitalisierung.
Weiterbildungsangebote aus dem Bereich Energie und Nachhaltigkeit
Energie & Nachhaltigkeit – Fraunhofer Academy
Sie möchten mehr zum Thema Energie & Nachhaltigkeit erfahren? Lesen Sie hier mehr dazu auf unserem Blog.
Weiterführende Informationen zu Wasserstoff bei Fraunhofer
Wasserstofftechnologien (fraunhofer.de)
*Christian Rahn, Geschäftsführer von Otovo Deutschland in einem Artikel vom Tagesspiegel vom 30.03.2022
