H2Fonds – Zeit für Wasserstoff!

Ein Förderprogramm für Hochschul­wissen­schaftler:innen des Landes Schleswig-Holstein

Ziel des Programms „H2Fonds – Zeit für Wasserstoff!“ ist der Aufbau eines Kompetenznetzwerks für die Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein. Gefördert werden Wissenschaftler:innen, die im Bereich Wasserstoff ihr Wissen auf- oder ausbauen, sich aktiv an Fachgremien und -diskussionen beteiligen wollen oder Forschungsvorhaben beantragen und bearbeiten möchten.

Antragsberechtigt sind Wissenschaftler:innen, die an einer Hochschule des Landes Schleswig-Holstein gemäß Arbeitsvertrag beschäftigt sind.

Der H2Fonds wird durch das Ministerium für Allgemeine und Berufliche Bildung, Wissenschaft, Forschung und Kultur Schleswig-Holstein (MBWFK) gefördert und endet am 31. Dezember 2024.

Antragstellung auf Anfrage möglich

Die Erstauflage des Förderprogramms „H2Fonds – Zeit für Wasserstoff!“ endet am 31. Dezember 2024. Eine beantragte Maßnahme muss spätestens am 31. Oktober 2024 enden, damit eine Abrechnung bis zum 31. Dezember 2024 erfolgt.

H2Fonds Richtlinie
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H2Fonds Antragsformular
PDF | 1 MB
H2Fonds Erfahrungsbericht
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H2Fonds-Projekte im Überblick

Forschungsthema - Antragssteller:in (rot: neu, blau: laufend, grau: abgeschlossen)

COPE H2: Computational Power Electronics-based Entropy Optimization of Hybrid Hydrogen-Battery Storage Systems

Dr.-lng. Harnzeh Beiranvand - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Background:

In Schleswig-Holstein (SH), renewable electricity generation from wind and photovoltaics is 1.5 times higher than the total demand. However, only 70% of SH's demand is met by renewable energy production, and the balance of demand on the electricity grid is still dependent on fossil-based electricity production. This means that nearly 50% of the installed renewable capacity is not optimally utilized due to the intermittent nature of these resources. The key to utilizing these resources is to install large-scale energy storage that can store excess production and feed it back into the grid when there is not enough production. Among the possible solutions, hydrogen-based and battery-based energy storage systems are often considered. On the one hand, hydrogen electrolysis is a sustainable solution because it can convert water to hydrogen during excess production and burn the hydrogen in a fuel cell to produce electricity during high load demand. On the other hand, the overall efficiency of the process is less than 40%, resulting in a high proportion of losses in the form of heat. Although the heat can be reused for other purposes such as district or local heating network, the optimal use of the generated renewable energy cannot be achieved using hydrogen as a single solution. Lithium-ion battery storage could recover above 90% of the energy at higher infrastructure costs. In Addition, stable production of green hydrogen is challenged by the intermittent nature of renewable energy sources. Batteries effectively ensure stability of green hydrogen production. Therefore, batteries are the complement to hydrogen, ensuring reliable operation of both electric and hydrogen networks, while having the same electrochemical principles.

Objective:

The project COPE H2 aimed at optimizing the energy conversion efficiency of the hybrid hydrogen and battery energy storage system (H2BESS) considering electrochemical reactions. Therefore, both the converted electrical energy and thermal energy efficiencies are taken into account. In H2BESS, not only their thermal network but also their electricity interface to the grid can be designed and operated synergically minimizing the system level losses. The optimization can be considered from the basic electrochemistry of system. In any electrochemical system, reaction enthalpy is the sum of the entropy and Gibs free energy. Gibs free energy is useful energy that can be converted to wok. Thus, for a given enthalpy reaction, the useful converted energy can be maximized by minimizing the entropy part. Moreover, the reaction of decomposing water into hydrogen and oxygen is endothermic. It means higher the reaction environment less electric current is required. Therefore, a comprise exists which requires a system level study of the electrolysis plant in real-time. This project introduces Computational Power Electronics (CPE) with dedicated tools and applies it to the defined optimization problem. It can optimize both the electrochemical reaction condition based on the constraints and the degrees of freedom provided by the battery answering the main research question of the project: How can CPE be applied to optimize H2BESS taking into account electrochemical reactions ensuring stable and efficient green hydrogen production?

COPE H2 will be used to firstly consolidate the concept of CPE for H2BESS optimization and secondly initiate a large consortium project. In COPE H2, entropy generation of the electrolysis will be analyzed and modeled. The constraint from the grid and renewable generation and also battery together with the electrolyzer model will be implemented in the CPE platform. The obtained result should provide enough evidence and motivation for initiating a large consortium. Horizon Europe calls and Clean Energy Transition Partnership (CETP) will be targeted at European union level to establish the consortium. Within the framework of COPE H2, competences from power electronics, hydrogen production, battery technologies, and computational sciences come together to establish the knowledge of this complex interdisciplinary research.

Dialogforum Fachkräfte Wasserstoff 2024 in Heide

Prof. Dr. Tim Warszta - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Die Nationale Wasserstoffstrategie setzt auf Wasserstoff zur Erreichung der Klimaziele. Aufgrund der Einsatzmöglichkeiten von grünem Wasserstoff in den Sektoren Industrie, Mobilität und Wärme kann der Energieträger in hohem Maße zur Dekarbonisierung der genannten Sektoren beitragen. Die norddeutschen Bundesländer tragen bei der Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie einen besonderen Beitrag bei. So setzt sich das Handlungsfeld 4 der norddeutschen "Wasserstoff-Akzeptanz und Bildung" insbesondere auch mit der Fachkräftesicherung für die Wasserstoffwirtschaft auseinander.

Das Institut für die Transformation des Energiesystems (ITE) der FH Westküste hat seit seinem Start 2018 mehrere große und zahlreiche kleine Forschungsprojekte eingeworben und bringt in diesen neben seiner technischen Expertise zu Wasserstoff auch seine sozialwissenschaftliche Kompetenz in eigenen Arbeitspaketen ein. Dabei ist das Institut vor allem über das Projekt WESTKÜSTE100 und FacH2 sowie die Mitarbeit in mehreren AGs der Norddeutschen Wasserstoffstrategie, u.a. mit der Leitung in der AG C zu „H2-Bildung - Curriculum", an zentralen Stellen in die Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft in Norddeutschland eingebunden. Im BMBF-geförderten Forschungsprojekt „Fachkräftestudie für die Wasserstoffwirtschaft in der Sektorenkopplung (FacH2)" ermittelt das ITE Fachkräftebedarfe der Wasserstoffwirtschaft und gibt Handlungsempfehlungen für Wirtschaft, Politik und Bildungsträger.


Zielsetzung:

  • Positionierung der Region als wichtiger Ort für die Wasserstoffstrategie.
  • Vernetzung von regionalen und überregionalen Akteuren.
  • Wissensverbreitung zur Fachkräftesicherung in der Wasserstoffbranche.
     

Die Veranstaltung findet am 7. Mai 2024 statt und umfasst verschiedene Präsentationen, Paneldiskussionen und NetworkingMöglichkeiten für die Teilnehmer:innen.

Die Anmeldung folgt.

Konzeptionierung von inner- und außerschulischen Bildungsangeboten für den Bereich Wasserstoff (-technologie)

Dr. Lasse Kattwinkel - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Hintergrund:

Der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur ist ein zentraler Baustein der Energiewende – und damit ein vergleichsweise junges Themenfeld, welches bisher nur wenig im schulischen Umfeld behandelt wird. Auch im außerschulischen Bereich existieren bisher kaum Programme, die auf eine langfristige Förderung von Nachwuchskräften für diese Branche zielen. Und obwohl die Fachkräfteausbildung ein zentraler Aspekt der Wasserstoffstrategie.SH ist, wird diese bisher in keiner institutionalisierten Form bearbeitet – eine Lücke, die wir für Schüler*innen füllen wollen.

Zielsetzung:

Diese Projekt dient zur Entwicklung von dauerhaften Angeboten für Schüler*innen in SH, um diese schon frühzeitig für Forschung und Berufstätigkeit im Bereich der Wasserstofftechnologie zu begeistern. Denn gerade in der Zeit des jungen Erwachsenenalters gilt es die vorhandenen Interessen zu fördern und die Neugier auf zukünftige Technologien zu entfachen. Nur so können junge Menschen ermächtigt werden, einen positiven Blick auf die Zukunft zu gewinnen, und sich auch beruflich aktiv an der Gestaltung der Energiewende zu beteiligen.
  
Die spezifisch für den Bereich der Wasserstofftechnologie zu entwickelnden Angebote sollen eng mit bereits vorhandenen Angeboten im Bereich der Energiewende und der erneuerbaren Energien in SH verzahnt werden. Zum einen soll auf diese Weise von vorhandenem Know-how und Netzwerken profitiert werden – zum anderen wollen wir so Angebote auf der gesamten Landesfläche einfacher verfügbar machen. Eine starke Vernetzung kommt aber vor allem Schüler*innen und Lehrer*innen zugute, die auf diese Weise von einem gut abgestimmten Angebot inner- und außerschulischer Aktivitäten rund ums Thema Energiewende profitieren können. Im Rahmen der H2Fonds Förderung soll ein Konzept für die langfristige Schaffung von inner- und außerschulischen Bildungsangeboten im Bereich der Wasserstofftechnologie erarbeitet und mit dessen Realisierung begonnen werden. Dazu sollen die folgenden Themenfelder berücksichtigt werden:

  • Angebote von inner- und außerschulischen Projekttagen und Workshops für Klassen oder individuelle Schüler*innen. 

  • Angebote mit speziellem Fokus auf die Berufsorientierung (z.B. Exkursionen zu Firmen oder Messen). 

  • Entwicklung von Unterrichtsmaterialien. Wir wollen es Lehrkräften so ermöglichen, das Thema Wasserstofftechnologie eigenständig und möglichst einfach in den Unterricht einzubinden. 

Der Kernpunkt aller Themenfelder ist es, Schüler*innen für das Thema Wasserstoff zu begeistern. Die Schüler*innen sollen dazu die Technologie durch eigenes Experimentieren kennenlernen. Um dies zu realisieren, wird eng mit der Kieler Forschungswerkstatt, der MINT Akademie (Land SH) und dem IPN in Kiel zusammengearbeitet. Diese Institutionen sind bereits stark mit Bildungsangeboten in angrenzenden Themenfeldern vertreten und besitzen hier langjährige Expertise und gute Netzwerke.

ProMe-KI - Produktivitätssteigerung bei der Serienherstellung von Metallhydridspeichern durch Schweißnahtfehlererkennung mit Künstliche-Intelligenz-Ansatz

Prof. Dr.-Ing. Alexander Mattes - Fachhochschule Kiel

Hintergrund:

Durch die zunehmende Bedeutung von Wasserstoff in der Sektorenkopplung ist es von hoher Bedeutung, bereits heute eine technisch einwandfreie und somit sichere Speicherung zu gewährleisten, sowie diese als wirtschaftlich herzustellendes Serienprodukt dem Markt zur Verfügung zu stellen. Eine vielversprechende Speichertechnologie stellen dabei Metallhydridspeicher dar, mit denen Wasserstoff bei niedrigem Druck und ohne starke Abkühlung chemisch gebunden, insbesondere für mobile Anwendungen bereitgehalten werden kann. Derzeit arbeiten Anbieter, wie Thyssenkrupp Marine Systems (TKMS) daran, die Herstellung von Behältern mit Metallhydridfüllung in hohen Stückzahlen bei gleichbleibend hoher Qualität kosteneffizient in Zukunft zu gewährleisten ("Scale-up"). Ein entscheidender Hebel sind dabei die zum Fügen der Behälter eingesetzten Schweißprozesse, welche derzeit ausgehend von manueller Einzelteilfertigung hin zur automatisierten Fertigung für die Produktion hoher Stückzahlen weiterzuentwickeln sind. Die Automation hilft dabei außerdem, den Fachkräftemangel zu kompensieren.

An diese Schweißnähte werden äußerst hohe Ansprüche hinsichtlich der erzeugten Qualität gestellt, aufgrund der Anforderung absolute Dichtheit zu gewährleisten. Dies soll ein Austreten des hoch entzündlichen, und für Menschen potenziell gefährlichen (Erstickungsgefahr durch Luft-Verdrängung) Wasserstoffs verhindern. Hinzu kommt durch die favorisierte Anwendung im mobilen Bereich eine hohe mechanische Beanspruchung durch die Kombination von statisch und dynamisch wirkenden Lasten. Demgegenüber kann derzeit nur sehr eingeschränkt auf Möglichkeiten zur Qualitätsprüfung der Schweißnähte zurückgegriffen werden. Vorallem aufgrund der Füllstoffe, aber auch der Nahtgeometrien (Rundnähte) sind durchstrahlende oder beschallende Methoden nicht einsetzbar. Dadurch sind für die Produktsicherheit äußerst kritische Schweißfehler wie Bindefehler oder Poren nicht detektierbar. Lediglich sich bis zur Oberfläche erstreckende Risse können mittels Sichtprüfung und Einsatz von Oberflächenverfahren, wie Farbeindringprüfungen, sicher erkannt werden.

Zielsetzung:

Bei den bisher eingesetzten manuellen Schweißprozessen kann die dadurch entstehende Ausschussrate durch die individuellen handwerklichen Fertigkeiten und dem Erfahrungsgrad der Facharbeiter, in einem gerade noch akzeptablem Rahmen gehalten werden. So muss insbesondere eine dynamische Anpassung der Parameter in Abhängigkeit der Position entlang der Schweißnaht erfolgen, wodurch sehr hohe Anforderungen an die Prozessregelung gestellt werden. Vor diesem Hintergrund stellt eine Ausweitung der Produktion auf deutlich höhere Stückzahlen, eine sehr große Herausforderung für die dafür notwendige Automatisierung der Schweißprozesse dar. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit der Erforschung und Entwicklung von Methoden, die einer äußerst frühe und sichere Detektion von Schweißfehlern ermöglichen. Großes Potenzial bieten hier Ansätze der künstlichen Intelligenz (KI), deren Einsatzmöglichkeiten bereits erfolgreich in einem derzeit laufenden Forschungsprojekt der FH Kiel zusammen mit TKMS beim manuellen Schweißen in der U-Boot-Produktion gezeigt werden konnten. 

Auf KI basierende Ansätze eignen sich sehr gut, um bei komplexen Schweißprozessen mit einer Vielzahl an Parametern alle wesentlichen Einflussgrößen kontinuierlich zu überwachen, und Anomalien nicht nur in Echtzeit, sondern sogar vorausschauend - aufgrund statistischer Vorhersage - zu detektieren. Dies eröffnet die Möglichkeit zur rechtzeitigen Anpassung der Schweißparameter, um Fehler in der Naht deutlich zu minimieren, oder ganz zu verhindern. In jedem Fall ist eine Fehlererkennung schon während des Prozess möglich, und nicht wie derzeit erst im nachgelagerten Schritt der zerstörungsfreien Qualitätsprüfung. Jedoch sind die bisherigen Arbeiten um die Realisierung einer hinreichend genauen Auflösung der Position am Bauteil des im Prozess durch die KI angezeigten Fehlers noch weiterzuentwickeln. Somit besteht die angestrebte Neuerung im Vergleich zum bereits entwickelten Ansatz für manuelles Schweißen bei U-Booten in einer ortsaufgelösten Fehleridentifikation aufgrund der Notwendigkeit, dass bei voll automatisierten Prozessen keine manuelle Markierung erfolgen kann. Das System sollte hierzu in der Lage sein die relative oder absolute Lage der identifizierten Fehler bereitzustellen. Dies soll anhand einer prototypischen Umsetzung in Form eines einfachen, im Wesentlichen die grundsätzliche Machbarkeit erfüllenden Demonstrators (Minimum Viable Product), zusammen mit TKMS in deren Wasserstoffspeicherproduktion im Rahmen der beantragten Projektlaufzeit erfolgen. 
 

Demonstrator post-fossile Landwirtschaft

Prof. Dr. Maximilian Schüler - Technische Hochschule Lübeck

Hintergrund:

In der Arbeitsgruppe von Prof. Schüler werden derzeit 2 Projekte im Rahmen der post-fossilen Landwirtschaft bearbeitet. Das von der EKSH im HWT-Programm geförderte Projekt soll demonstrieren, dass mit Hilfe eines landwirtschaftlichen Energie- und Stoffstrommanagements ein Verzicht auf fossile Inputs umgesetzt werden und so ein positiver Beitrag zur Treibhausgasreduktion im primären Sektor geleistet werden kann. Als Beispiel dienen ein großer ökologisch wirtschaftender Gemüsebaubetrieb sowie ein konventioneller Milchviehbetrieb. Ziel ist es zu zeigen, dass mit heute existierender Technologie die Abkehr von fossilen Inputs in der Landwirtschaft gestartet werden kann und so ein substanzieller Beitrag für den Klimaschutz geleistet werden kann. Hier werden insbesondere die Szenarien Wasserstoff als Speicher und Kraftstoff, Batteriespeicher, sowie Methan aus erneuerbaren Quellen untersucht.

Außerdem wird aktuell für das schleswig-holsteinische Ministerium für Landwirtschaft, ländliche Räume Europa und Verbraucherschutz (MLLEV) ein Gutachten zur Machbarkeit der post-fossilen Landwirtschaft in Schleswig-Holstein durchgeführt. In diesem Projekt geht es vor allem um die Anforderungen an Infrastruktur und technischer Ausstattung um im gesamten Bundesland die Energiewende in der Landwirtschaft zu vollziehen. Auch hier werden vor allem die Szenarien Wasserstoff sowie Batteriespeicherung betrachtet. Darüber hinaus wird der Wasserstoff auch in Bezug auf Verwendung in Ammoniak-Brennstoffzellen betrachtet. 
 

Zielsetzung:

Durch die H2Fonds-Förderung erhält die Arbeitsgruppe die Möglichkeit im Programm zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BLE - Programm des BMEL) Bundesmittel für den Aufbau eines Demonstrationsvorhabens für den Einsatz von Wasserstoff in der Bodenbearbeitung zu beantragen. Damit soll in einem praxisnahen Betrieb gezeigt werden, dass Landwirtschaft schon mit heutiger Technologie in der Lage ist, Lebensmittel ohne fossile Energieträger zu produzieren.

Dieses Demonstrationsvorhaben soll so an die Technische Hochschule Lübeck angegliedert werden, dass verschiedene Fachbereiche am Aufbau und Weiterentwicklung beteiligt sind. In allen Fachbereichen sind Kompetenzen vorhanden, die in einem Konsortium zur integrierten Forschung und Lehre and der TH einbezogen werden können. Darüber hinaus werden die Angebote des EKSH-Energiefwendeforschungsbüro zur Unterstützung bei der Einwerbung von Bundesmitteln genutzt, insbesondere durch den Botschafter vor Ort in Lübeck.

Forschungsgetriebene, interdisziplinäre Lehre der Wasserstoffsysteme an der Technischen Hochschule Lübeck

Clemens Kerssen - Technische Hochschule Lübeck

Marek Zimmermann - Technische Hochschule Lübeck

Maik Baumann - Technische Hochschule Lübeck

Hintergrund:

Durch die erste H2Fonds-Förderung konnte das Wissenschaftszentrum Elektromobilität, Leistungselektronik und dezentrale Energieversorgung (EMLE) der TH Lübeck das Know-How in dem Bereich der Wasserstofftechnologie stark erweitern. Parallel zur fachlichen Vertiefung, sowie zur Antragseinreichung von "dS Regenerative", wurde ein kleines Wasserstoffsystem bestehend aus Elektrolyseur (2,4 kW), Brennstoffzelle (300 W), Druckspeicher, DC-/DC-Wandler und Zubehör angeschafft und im Oktober 2023 im Labor des EMLE aufgebaut. Seither werden Systemtests, Datenauswertung, eine Simulation des Systems sowie nach zeitlichen Ressourcen ein erster digitaler Zwilling daraus abgeleitet. Aufgrund dieser fachlichen Vertiefung konnten die Dekane der THL davon überzeugt werden, ein großes Wasserstoffsystem der Firma H2 Core Systems GmbH, bestehend aus einer Brennstoffzelle (1 kW), Elektrolyseur (2,4 kW), Gasflaschenbündel (35 bar), Outdoor-Kabinett und Zubehör für die fachübergreifende Forschung und Lehre zu beschaffen. Dieses soll bis Ende 2023 an der THL in Betrieb genommen werden.

Zielsetzung:

Ziel istl, bis Ende 2024 ein interdisziplinäres und hochschulweites Wasserstofflabor für die Forschung und Lehre aufzubauen und die Expertise dahingehend auszubauen, dass ab dem 01.07.2024 innovative Wasserstoffprojekte über Bundes- und EU-Förderungen akquiriert werden können. Zudem soll das Thema Wasserstoffsysteme in den vier Fachbereichen als etablierter Lehrinhalt aufgenommen werden und auch externen Interessenten in Form von Lehrgängen und Schulungen angeboten werden können. Im Zuge dieses Vorhabens soll das große Wasserstoffsystem der Firma H2 Core Systems GmbH in das bestehende Maschinen- und Elektromobilitätslabor eingebunden werden, sodass dieses zeitweise Energieautark betrieben werden kann. Dazu wird die vorhandene Photovoltaikanlage sowie ein 30 kWh Batteriespeicher und ein kleiner Windkraftenergiekonverter an das Wasserstoffsystem angeschlossen. Die Studierenden lernen somit in einem konkreten Anwendungsfall, in Form von Versuchen, Vorlesungsinhalten und Abschlussarbeiten das Wasserstoffsystem kennen. Zudem sollen Themen wie Arbeitssicherheit, Skalierbarkeit und Wartung im Allgemeinen mit betrachtet werden.

Regulatorische Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wasserstoff im Wärmesektor

Prof. Dr. Christian Buchmüller - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Die Nutzung von Wasserstoff zur Wärmeerzeugung sowie die Nutzung von beim Elektrolyseprozess entstehender Abwärme können einen wichtigen Beitrag zur Defossilisierung des Wärmesektors leisten. Bislang gab es für "Wasserstoff im Wärmesektor" jedoch kaum rechtliche Rahmenbedingungen und Anreize. Dies wird sich im deutschen Recht mit dem Inkrafttreten des novellierten Gebäudeenergiegesetzes (GEG) und des neuen Wärmeplanungsgesetzes (WPIG) zum 1. Januar 2024 ändern. Auch im europäischen Recht werden derzeit in den finalen Trilogen des Fit for 55-Pakets entscheidende Weichen gestellt. Ab Anfang 2024 liegen damit sowohl im nationalen als auch im europäischen Recht erstmals umfangreiche rechtliche Rahmenbedingungen vor, die in den nächsten Jahren die Leitplanken für den Einsatz von Wasserstoff im Wärmesektor bilden werden. Diese Regelungen sind für Wasserstofferzeuger, Wärmeversorger und Wärmeverbraucherinnen und -verbraucher gleichermaßen Neuland und verdienen eine nähere Untersuchung.

Die vom Antragsteller geleitete Gruppe Energiewenderecht befasst sich seit mehreren Jahren intensiv mit dem Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft im deutschen und europäischen Kontext. Die Schwerpunkte der Forschungstätigkeit lagen dabei bislang im Verkehrssektor (Reallabor WESTKÜSTE100) sowie im Bereich der Systemintegration und Finanzierung von Elektrolyseuren (H2-Giga Projekt SYSTOGEN100). Der Rechtsrahmen für den Einsatz von Wasserstoff im Wärmesektor spielte dagegen bislang nur eine untergeordnete Rolle.

Zielsetzung:

Der H2Fonds bietet für das ITE vor diesem Hintergrund die Möglichkeit, die bereits sehr breite Expertise der Gruppe Energiewenderecht im Wasserstoffbereich in Bezug auf den Wärmesektor erheblich auszubauen, zu verbreitern und für Folgeprojekte nutzbar zu machen. Durch den Austausch mit Stakeholdern über Interviews und bis zu drei Workshops (10 - 20 Teilnehmerinnen) sollen rechtlich relevante Fragestellungen identifiziert und erste Antworten entwickelt werden. Zudem ergibt sich die Möglichkeit, durch eine weitere Beschäftigung von Frau Hoffmann die Vernetzung des ITE sowohl im Wasserstoff- als auch im Wärmesektor insbesondere in Schleswig-Holstein nachhaltig zu erhöhen.

  • Arbeitsschritt 1: Einarbeitung in den neuen Rechtsrahmen für Wasserstoff im Wärmesektor

  • Arbeitsschritt 2: Interdisziplinäre Vernetzung und Austausch mit Stakeholdern im Themenfeld "Wasserstoff im Wärmesektor" (Wissenschaft, Energieversorger, Ministerien, etc.)

  • Arbeitsschritt 3: Anfertigung von mindestens einer Veröffentlichung zur zukünftigen Rolle von Wasserstoff im Wärmesektor

Erstellung eines Leitfadens und Kommunikation von Impulsen für Kommunen zur Rolle von Wasserstoff in der Gebäudewärmeversorgung basierend auf den Erfahrungen der Kommunen in Schleswig-Holstein (LeiKomH2)

Isabell Braunger - Europa-Universität Flensburg

Marina Blohm - Europa-Universität Flensburg

Hintergrund:

In den einzelnen Bundesländern ist die Wärmeplanung ganz unterschiedlich fortgeschritten. Schleswig-Holstein (SH) gehört zu den Vorreitern und hat mit dem Energiewende- und Klimaschutzgesetz (EWKG) bereits größere Kommunen zur Wärmeplanung verpflichtet. Bis 2024 müssen die Kommunen die Pläne vorlegen. In SH sind davon rund 78 Gemeinden betroffen. Die Wärmepläne beinhalten unter anderem die Frage, welche Rolle Wasserstoff in den kommenden Jahrzehnten in der Gebäudewärme einnehmen soll.
Bisher wird die Rolle von Wasserstoff in der Gebäudewärme auf politischer Ebene noch sehr kontrovers diskutiert. Oftmals wird der Einsatz von Wasserstoff in diesem Sektor von Politiker*innen zu optimistisch bewertet. Gründe hierfür sind eingeschränktes Fachwissen unter lokalen Politiker*innen, der Wunsch die Wärmewende mit geringem infrastrukturellem und finanziellem Aufwand umzusetzen und wenig gesellschaftliche Kontroversen auszulösen (Heizungstausch). Aus techno-ökonomischer Sicht, gibt es hingegen nur sehr wenige sinnvolle Einsatzgebiete für grünen Wasserstoff in zukünftigen Energiesystemen.

Zielsetzung:

Dieses Vorhaben zielt darauf ab, kommunale Entscheidungsträger*innen mit den für sie relevanten Informationen auszustatten, um den Einsatz von Wasserstoff in der Gebäudewärme kritisch bewerten zu können. Dadurch sollen wissenschaftliche Erkenntnisse und die Handlungsrealität kommunaler Politiker*innen zusammengeführt werden. Wir werden mit kommunalen Entscheidungsträger*innen in Kontakt treten, um zu erfahren vor welchen Herausforderungen und offenen Fragestellungen sie momentan stehen und welche Informationen sie benötigen, um die für ihre Kommune kostengünstigste, sinnvollste und nachhaltigste Planung zu erstellen. In einem Leitfaden werden wir Antworten anschaulich und verständlich aufbereiten und wichtige Impulse für einen sinnvollen Einsatz von Wasserstoff in der Gebäudewärme geben.
Das Projekt beabsichtigt einerseits, die Erfahrungen der Gemeinden in SH für kleinere Kommunen (die bisher von der Verpflichtung noch ausgenommen sind) sowie Kommunen in anderen Bundesländern (wo die Wärmeplanung noch nicht soweit fortgeschritten ist), verfügbar zu machen. Andererseits handelt es sich bei der Wärmeplanung um einen kontinuierlichen Prozess. Wärmepläne müssen immer wieder überprüft und angepasst werden. Mit dem Leitfaden unterstützen wir auch diesen Prozess.

MAGNIFY H2 Magnetic Link-based Power Converters for Enhancing Multisource Integration in Hydrogen-based Energy Systems

Prof. Dr.-Ing. Marco Liserre - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Background:

Hydrogen-based energy solutions hold significant promise, offering clean and versatile energy storage solutions for addressing the challenge of buffering the variability inherent in renewable energy sources. However, the integration of multiple energy sources with distinct characteristics remains a challenge, particularly in the context of power electronic converters. One critical aspect to consider is the slow response time of hydrogen-based energy systems, requiring the combination of additional storage solutions. In addition, the integration of hydrogen storage, other energy storage options, and renewable sources like wind turbines requires a power converter capable of operating under highly fluctuating conditions while maintaining. In response to these challenges, the MAGNIFY-H2 project is proposed.

Objective:

The primary objective is to develop an advanced design methodology tailored specifically for Magnetic Link-based Power Converters (MLPCs), emphasizing their performance under extreme and unbalanced power flow conditions. This methodology optimizes the design of power systems, including the rating of devices, with a focus on the MLPC as the key component. The main outcome lies in the optimization of power systems under the demanding conditions posed by the integration of hydrogen-based energy storage to the storage and renewable energy sources.

Therefore, the MAGNIFY-H2 project seeks to combine various energy sources with hydrogen-based systems. With renewable energy sources gaining more importance, there is a growing need for high-efficiency power converters that can manage diverse input sources in the moder electric grid. In this context, the MAGNIFY-H2 project aims to develop a methodology for magnetic link-based converters that facilitate the design of an efficient multisource integration, focusing on the unbalanced power level among the different energy sources, such as a grid, a photovoltaic renewable source, an Energy Storage System, and a load. As the main outcome, the MAGNIFY-H2 project targets a Design Methodology Tool to support the development of such MLPC in application involving hydrogen-based systems.

This project is planned in three research work packages with a total duration of twelve month, as follows:

  • WP1 – Comprehensive Static and Dynamic Analysis of the Non-Resonant MLPC-based on phase-shift Modulation for Multisource Integration

  • WP2 – Development of Design Methodology Tool for the Non-Resonant MLPC to ensure high-efficiency either at Balanced or Unbalanced Power Flow among the Energy Sources

  • WP3 – Scaled-down Demonstrator of the Non-Resonant MLPS

Ammonia Served as H2-Energy Carrier: Material Development for Hydrogen Released from Ammonia

Dr.rer.nat. Shilong Chen - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Background:

The growing concerns about climate change and environmental crises require us to act immediately. Renewable and clean energy, especially green hydrogen generated from renewable energy resources through water electrolysis, are attracting more and more interests. Ammonia, industrially produced by Haber-Bosch process, can serve as a promising renewable energy carrier due to its high hydrogen content and energy density as well as its full-fledged infrastructure for transportation and storage. Under this concept, it is possible to store renewable hydrogen first, then hydrogen can be subsequently released by the reaction of ammonia decomposition after shipping to thedestination. For Schleswig-Holstein, a center of shipping transportation at the North and Baltic seas and important maritime location in Germany / Europe, it is high interest to develop such concept.

Up to now, the best performing catalysts for ammonia decomposition are Rutheniumbased. Recent studies revealed nitrogen desorption as being the rate-determining step on many transition metal catalysts and explain the superiority of Ru catalyst by its optimal nitrogen binding energy compared to other transition metals.


Objective:

Herein we focus on inexpensive iron-based catalysts inspired by the highly-loaded Haber-Bosch catalyst and its economical efficiency. However, its low activity for ammonia decomposition due to iron nitridation caused by its high nitrogen binding energy drives us to investigate a new proposal. Alloying iron with other metal showing low nitrogen binding energy could optimize the alloy to a suitable electronic properties similar to Ru. We have demonstrated that FeCo alloy on MgO catalysts can reach this target, however, the catalytic performance still showed the space to be improved. Hence, the objective of this proposal require us to consider other factors to promote the performance of bimetallic catalyst for ammonia decomposition. Now, reducible supports like Ti02 or Ce02 play an important role for the interaction with metal nanoparticles (NPs) and can give rise to a new interface phenomenon, namely strong metal-support interaction (SMSI). This was shown to have a profound impact on the resulting catalytic performance of the metal NPs in other reaction, but studies of ammonia decomposition are sparse.

In this proposal, two working packages are planned:

  • WP1-The evaluation of the Ni as the second metal with low nitrogen binding energy to alloy with Fe in the reaction of ammonia decomposition.

  • WP2- The evaluation of the Ti02 with different crystalline phases (modulating SMSI) supporting FeNi alloy in the ammonia decomposition.

The outcome of this project will include scientific publications, presentation at an international conference and the plan for scale-up of the process to industrial level.

Currently, the applicant is leading the CAU team of the BMBF-funded AmmoRef project within the TransHyDE consortium, apart of Germany's national hydrogen initiative. Reducible supports are so far not addressed in our AmmoRef project and in the proposed work, the applicant aims to enhance the research scope and to continue the cooperation and the exchange of knowledge in the existing consortium. The proposed project will greatly benefit from such cooperation, e.g. on characterization methods, and strengthen the applicant's scientific profile that can serve as the basis for further project proposals.

The proposed work include chemical synthesis of catalysts and their performance evaluation as well as kinetics study, which will be hosted in the group of Prof. Malte Behrens at the Institute of lnorganic Chemistry at CAU Kiel, which is fully equipped to support this proposed project. Due to the already existing instruments, only direct costs for gases and chemicals are requested. Travel costs for an international conference participation for the applicant to exhibit the project's results is also requested.

Wasserstoff in der Sektorenkopplung: Eine Workshopreihe zur Wahrnehmung der Akzeptanz von Bürger:innen

Dr. Frank Schiller - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Bisher existieren vergleichsweise wenige Studien zur Akzeptanz von Wasserstoff. Zudem konzentrieren diese Forschungsarbeiten sich überwiegend auf die direkte Nutzung von Wasserstoff- und Wasserstofftechnologien in Autos, Bussen oder Brennstoffzellen.

Arbeiten, die sich explizit mit der Wahrnehmung und der Akzeptanz von Wasserstoffstrategien in der Sektorkopplung beschäftigen, sind hingegen so gut wie gar nicht vorhanden. Diese aber werden aller Voraussicht nachprägend sein für die zukünftige Transformation des Energiesystems - oder sind es aktuell bereits.

Entsprechend liegen den bislang veröffentlichten Forschungsarbeiten zur Akzeptanz auch technikorientierte Akzeptanzmodelle zugrunde. Diese können etwa bei der Frage helfen, was die Einstellung zur Nutzung einer Technologie über deren tatsächlich Nutzung und Kaufabsicht (vorher)sagt. Allerdings sind sie nicht hinreichend dazu geeignet, gesellschaftliche Akzeptanz und die zugrunde liegenden Faktoren zu untersuchen.
 

Zielsetzung:

Diese Forschungslücke soll die Workshopreihe helfen zu füllen. Insgesamt sind sechs Workshops entlang der Westküste in den Kreisen Pinneberg, Steinburg, Dithmarschen und Nordfriesland geplant. In Pinneberg, Itzehoe, Heide, Meldorf, Husum und Niebüll sollen Bürgerinnen und Bürger eingeladen werden. Als Kooperationspartner unterstützt der Branchenverband Watt 2.0 e.V. das Vorhaben. Zudem soll die erste Hälfte der Workshops von einem externen Dienstleister moderiert werden, um zusätzliche Moderationskompetenzen beim Projektteam aufzubauen.

Wir wollen erfahren, wie sie Projekte der Energiewende in der Sektorkopplung wahrnehmen und welche Akzeptanzfaktoren bei ihnen eine Rolle spielen. Dabei handelt es sich zwar um konkrete Projekte in Norddeutschland. Sie stehen aber für Typen, die so oder ganz ähnlich auch anderswo in Deutschland zu finden sind.

Die Workshops sollen innerhalb von drei Monaten ab August 2023 durchgeführt werden. In den Monaten darauf sollen die Ergebnisse bewertet und für Publikationen verwendet werden.

Regulatorische Rahmenbedingungen für den Markthochlauf von grünem Wasserstoff - Ein Vergleich zwischen der EU und Australien

Prof. Dr. Christian Buchmüller - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Die Nutzung von grünem Wasserstoff soll einen erheblichen Beitrag zur Erreichung der deutschen, europäischen und internationalen Klimaschutzziele leisten. Zu diesem Zweck wird derzeit global der Hochlauf einer Wasserstoffwirtschaft vorangetrieben. Damit Erzeugung, Transport und Nutzung von grünem Wasserstoff und seiner Derivate aber tatsächlich einen Beitrag zum Klimaschutz leisten, ist wichtig, dass die Erzeugung von grünem Wasserstoff in nachhaltiger Weise und insbesondere unter Einsatz von grünem Strom erfolgt.

Die EU-Kommission hat aus diesem Grund am 10.2.2023 zwei Delegierte Rechtsakte (DA) veröffentlicht, in denen festgelegt wird, wann der Einsatz von grünem Wasserstoff im Verkehrssektor auf die EE-Ziele der EU-Mitgliedstaaten nach der RED II anrechenbar ist. Die in den DA festgelegten Kriterien gelten ausdrücklich auch für Importe. importierter grüner Wasserstoff und dessen Derivate werden in der EU daher - zumindest im Verkehrssektor - absehbar voraussichtlich nur dann vermarktbar sein, wenn sie die von der EU festgelegten Nachhaltigkeitsstandards erfüllen.

In anderen Staaten der Welt erfolgt derzeit ebenfalls die Festlegung von Nachhaltigkeitsstandards für grünen Wasserstoff. Die Standards weisen dabei gewisse Parallelen, zum Teil aber auch erhebliche Unterschiede zu den EU-Standards auf. Angesichts. der Tatsache, dass sich in den nächsten Jahren ein globaler Handel mit Wasserstoff und Derivaten entwickeln wird, sind Handelskonflikte vorprogrammiert, sofern Staaten unterschiedliche Nachhaltkeitsstandards etablieren. Gegebenenfalls könnten Nachhaltigkeitsstandards dann zum Gegenstand von Streitigkeiten vor der Welthandelsorganisation (WTO) werden.

 

Zielsetzung:

Deutschland wird zukünftig in erheblichem Maße auf Importe von grünem Wasserstoff und Derivaten angewiesen sein. Besonders weit sind in dieser Hinsicht die Beziehungen zu Australien gediehen, dass zu einem Lieferanten Deutschlands werden soll. Gegenstand der beabsichtigten Forschungsreise nach Australien ist vor diesem Hintergrund,

(1) die rechtlichen Rahmenbedingungen für einen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft in Australien zu untersuchen und mit denen Deutschlands und der EU zu vergleichen (mit Schwerpunkt Nachhaltigkeitsstandards) sowie

(2) zu untersuchen, ob sich aufgrund unterschiedlicher Herangehensweisen in der Definition von Nachhaltigkeitsstandards das Potenzial WTO-rechtlicher Streitigkeiten abzeichnet.

Zu beiden Aspekten soll in Australien mit wissenschaftlichen Kolleginnen und Kollegen sowie Praktikerinnen und Praktikern ein intensiver Austausch erfolgen. Dies wird - in Abhängigkeit von den noch final festzulegenden Forschungsschwerpunkten - entweder in Sydey, Melbourne oder Adelaide und vorzugsweise mit direktem Anschluss an die dortige Law School einer Universität erfolgen.  Das Ergebnis des Forschungsaufenthalts soll in einem wissenschaftlichen Paper veröffentlicht werden.

Planung und Teilfinanzierung der Spring School - Hydrogen Technology 2024

Prof. Dr. Gunther Gehlert - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Die Springschool Hydrogen Technology wird seit 2022 jährlich von der Fachhochschule Westküste, dem Helmholtz-Zentrum Hereon und dem DRL in Schleswig-Holstein angeboten. Die englischsprachige Verantaltung dient als erstklassige Austauschplattform für Nachwuchsforscher:innen und unterstützt die Fachkräftequaliizierung innerhalb Markthochlaufs von grünem Wasserstoff. Die Veranstaltung wird seitens der FH Westküste außerdem für die internationale Vernetzung genutzt. Mit der Spring School wird zum einen der internationale Stand des Wissens zusammengetragen und nach Schleswig-Holstein geholt, zum anderen dient die Veranstaltung zur Verbreitung dieses Wissens auch und vor allem für interessierte Studierende und Forscherinnen im Land.

Zielsetzung:

Die Springschool Hydrogen Technology wird auch im kommenden Jahr, im März 2024, wieder angeboten. Die Fachhochschule Westküste möchte mit ihrer Beteiligung ihrer Rolle auf den Gebieten der Energie- und insbesondere sektorenübergreifenden Wasserstoffforschung engagierte Hochschule gerecht werden und einen Beitrag zur Entwicklung dieses Fachgebietes in Schleswig-Holstein leisten.

Die Anzahl an geplanten Teilnehmerinnen ist 50 plus 25 Referentinnen. Die Zielgruppen sind Master Studentinnen und Doktorantlnnen. Im Rahmen des 6-tägigen Programms erhalten die Teilnehmer:innen einen möglichst umfassenden Einblick in Wertschöpfungsschritte.

Folgende Themenschwerpunkte werden 2024 hervorgehoben:

  • Produktion

  • Speicherung und Kompression

  • Distribution und Infrastruktur

  • Derivate, Träger und eFuels

  • Nutzung in verschiedenen Anwendungen

  • Startups und aktuelle Forschungsprojekte

Überblick Förderprojekt

Die FH Westküste (FHW) ist, zusammen mit Hereon und dem DLR, Organisator der „Spring School Hydrogen Technology“. In diese Funktion hat die FHW einen Antrag auf Förderung für die Co-Finanzierung gestellt, wobei sich die Co-Finanzierung im engeren Sinne auf die Übernahme der Kosten für das Seminarpaket, Übernachtungen, Exkursion und Catering während der Veranstaltung (vom 17. bis 22.03.2024 in Heide/Holstein) bezieht. Ein weiterer Kostenpunkt sind die Preisgelder für den Pitch-Talk-Wettbewerb.

Gegenstand des Förderprojektes

Gegenstand der Förderung war die Übernahme der Kosten für das Seminarpaket, Übernachtungen, Exkursion und das Catering während der Veranstaltung. Zusätzlich sollten auch die Preisgelder für den Pitch-Talk-Wettbewerb übernommen werden. Die Rechnung für Seminarpaket/ Übernachtungen/Catering wurde gestellt durch die Jugendherberge in Heide. Für die Exkursion wurde das Busunternehmen Schwarz aus Sarzbüttel beauftragt.

Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Spring School Hydrogen Technology 2024 im dritten Jahr ein voller Erfolg war. Insbesondere wurde das Format – eine Präsenzveranstaltung – von allen Beteiligten als Bereicherung empfunden. Im Gegensatz zu den Vorjahren ist der Anteil an zur Online-Vorträgen noch einmal merklich zurückgegangen. Obwohl die Veranstaltung relativ kurz beworben wurde, haben sich TeilnehmerInnen aus dem gesamten Bundesgebiet (z.B. Flensburg, Kiel, Hamburg, Braunschweig…) und auch aus dem Ausland (CERTH Thessaloniki, Universität Pavia, TU Delft…) angemeldet.

Für 2025 ist wieder eine Spring School in einem ähnlichen Format geplant. Die Federführung bei der Organisation wird voraussichtlich vom Institut für verteilte Energiesysteme des DLR übernommen, wobei die FH Westküste und auch Hereon wieder tatkräftig unterstützen werden. Die OrganisatorInnen vom DLR, Hereon und der FH Westküste danken der EKSH und HY.SH für die Förderung, die maßgeblich zum Erfolg der Veranstaltung beigetragen hat.

Vorstellung der H2-Projektlandkarte bei einem Forschungssymposium in Flensburg

Dr. Frank Schiller - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Das ITE der FHW erarbeitet aktuell eine interaktive H2-Projektlandkarte mit dem Ziel, die norddeutschen Wasserstoffstrategie im Handlungsfeld „Wertschöpfung durch Wasserstoff" bei den beiden Unterpunkten „Standort-, Ansiedlungs- und Marketingkonzept" und „Kooperation" zu unterstützen. Der dabei gewählte transdisziplinäre Forschungsansatz erlaubt die fortlaufende Einbindung weiterer H2-Akteure Norddeutschlands und ggf. darüber hinaus, um die Aktualität der Karte zu erhalten.

 

Zielsetzung:

Während eines Forschungssymposiums (Kick-off H2-Forschungsroadmap SH (Arbeitstitel)) in Flensburg, welches voraussichtlich am 21.9.2023 stattfinden soll und gemeinsam mit den HY.SH und dem Zentrum für nachhaltige Energiesysteme (ZNES) organisiert wird, wollen wir die webbasierte Karte der H2 Projektlandschaft erstmalig den Akteuren aus Wissenschaft und Forschung umfangreich vorstellen (Methodik, Datenerhebungsverfahren, Nutzen, Anwendung).

Als Zielgruppe sind ca. 30-60 Teilnehmer:innen zu nennen, die Hochschulangehörige, Wissenschatler:innen und Forschende sind und sich aktiv an der Gestaltung der H2-Forschungsroadmap beteiligen wollen. Aus dieser Karte lassen sich räumlich und zeitlich explizite Angaben zu Wasserstoffprojekten, der Kooperationspartner und Fördermittelgeber ablesen.

Diese dient als Grundlage und Instrument für den Prozess, eine H2-Forschungsroadmap für Schleswig-Holstein zu erarbeiten, welche maßgeblich für die Ausrichtung und Schwerpunktsetzung im Bereich Wasserstoffforschung der Hochschulen und deren Förderungsbedarf in den nächsten Jahren sein wird.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Am 11. Oktober 2023 fand das 2. HY.SH-Forschungssymposium auf dem Campus der Hochschule in Flensburg statt. Das Symposium wurde in Kooperation mit dem HY.SH vom Zentrum für nachhaltige Energiesysteme (ZNES) der Hochschule Flensburg und der Europa-Universität Flensburg organisiert.

Das HY.SH-Symposium wurde von insgesamt 50 TeilnehmerInnnen aus dem Bereich der Wasserstoffforschung des Landes Schleswig-Holstein besucht. Dabei wurden zunächst verschiedene zur Zeit laufende Projekte im Bereich der Wasserstoffforschung vorgestellt. Dazu gehörte auch die aktualisierte Fassung der Projektlandkarte des Projektes H2-Interaktiv.

Da das Publikum ganz überwiegend aus Wissenschaftlern aus dem Feld der Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein bestand, waren die Rückmeldungen von besonderer Bedeutung. Verzeichnete Reaktionen waren nachdrückliches Interesse von Personen, die Forschungsprojekte genehmigen, sowie Hinweise von Forschern, welches Wissen sie sich zusätzlich von einer Projektlandkarte wünschen würden. Letzteres bezog sich auf die sogenannte Forschungsfront und verweist auf einen zusätzlichen Sachverhalt, der mit dem bestehenden Datenbestand nur teilweise gedeckt werden kann. Insgesamt hinterließ das Feedback aber einen positiven Eindruck, und wird zur weiteren Kollaboration beitragen.

Die im Zuge der Förderung angeschafften Geräte erweisen sich als nutzbringend und werden nicht zuletzt dazu verwandt, die Projektlandkarte bereits vor ihrer Veröffentlichung im Internet auf den zur Verfügung gestellten Rechnern lokal gehostet bei H2-relevanten Veranstaltungen vorzustellen. So ist dies u.a. für den Gemeinschaftsstand von ITE und Entwicklungsagentur Region Heide auf der Hannover Messe 2024 vorgesehen.

 

Fazit:

Das Vorstellen der Projektlandkarte war eine willkommene Gelegenheit die bisherige Arbeit dem Fachpublikum vorzustellen und wertvolles Feedback zu erhalten. Dies wird auch in die zukünftige Entwicklung einer Roadmap für die Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein einfließen.

Die Beantragung der H2Fonds-Förderung für die Durchführung des Symposiums war einfach und schnell.

H2-CARES Hydrogen-based Community storAge for more Resilient nEtworks in Schleswig-Holstein

Dr. Marius Langwasser - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Dr. Hrishikesan Vadakkedath Madhavan - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Intro:

In order to increase the readlness and flexlbllity of the power system to respond to dlsrupting events, new power electronic assets with high power control capability are required. The ST offers AC and DC ports at medium and low-voltage (MV and LV) level and thus helps to interconnect the network and reconfigure it in controlled manne tto improve the exploitation of the grid infrastructure In normal and dlsturbed operating condltion. Moreover, it offers excellent  options to integrate large scale storage units (such as battery energy storage systems or hydrogen storage systems) in a centralized manner and incorporate them in grid control strategies. Expanding this research area further, as part of this project, as Objective 1 (project months M1 to M6), the usage of Smart Transformer-based hydrogen-based community storage to improve the energy resilience during extreme electric network events is proposed. The total affected area, loss of loads (critical loads) and duration of outage will be taken as the metrics to compare the energy resilience achieved for the base case of analysis and using the ST-based communlty hydrogen storage at the critical locations. In this condition, the affected area (loads) depends on the inter-connectivity of the network and the energy resilience depends on both the energy availability and the network connectivity.

The growing share of renewable energy systems with low reserve capacity requires a rethinking of the operation of the electrical network during the resilience events. Therefore, as Objectlve 2 (project months M5 - M12) of this project a complete bottom-up network re-powering strategy using the hydrogen-based community storage systems integrated in ST -connected networked grids ls proposed. The ST-based hydrogen storage systems are installed at various nodes of the network. During the network power failure due to the disruptlve event, the ST with its black start capability can re-power the downstream parts of the network. The control reconfiguration capability
of ST will be utillzed to form the microgrids and these downstream microgrids can be utilized to re-power the different upstream parts of the network utilizing the available renewable energy systems and the hydrogencommunlty storage. To assess the project, two milestones are planned: MS1 Evaluation of resilience improvements using Smart Transformer-integrated hydrogen-based community storage system (WP1) and MS2 Derivation of a bottom-up network repowering strategy for extreme events using Smart Transformer-integrated hydrogen-based community storage system (WP2). The project outcome will be formulated in two deliverables, one scientific publication and the implementation of the research results in teaching activitites of the chair of power electronics in form of a M.Sc. lecture Hydrogen in electric networks- Technology, lnfrastructure and Usage for Grid Control.

The applicants are also collaboratlng with international research groups as part of various third party funded projects (e.g. Marie Curie Research Action SMARTGYsum). Therefore, as part of this project, the applicants would llke to continue the cooperation for exchanging the knowledge and expertise on this field. The topic of energy flexibility and resilience are being investigated by the Energy Efflciency Research Group from Universidade Nova de Lisboa, Portugal. They investigate the Impacts of energy surplus communities in providing better flexibility in energy management. In another research work, the group reviews the resilience events and the smart grid-based solutions. In addition, to the power system aspects ofthe resillence, the power electronic component flexibility needs to be studied and the Department of Energy, Aalborg University Denmark could be a prospective partner to exchange the ideas. The group has worked on the resilient controllers against cyberattacks for AC and DC microgrid applications and their expertise would be useful for developing the control strategies for ST to provide the bottom-up network repowering strategy. Therefore, a potential collaboratlon with these Institutes will be attempted for future cooperatlve projects (e.g. within Horizon Europe) and already helpful to achieve the aforementioned project goals more efflciently.

The project aims to act as a nucleus for research on grid friendly integration and usage of hydrogen and should elaborate the study case on hydrogen-based community storage systems (Integration concept) and grid resilience improvement (usage). Consequently, the main funding is related to outreach activities in the form of visiting an international research Institute, international conference partlcipation for both applicants to exhibit the projects results and a block grant for research-oriented teaching activities, such as a guest speaker lecture from the vislted International research Institute.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Ziel des Forschungsprojektes H2-CARES - Hydrogen-based Community storAge for more Resilient nEtworks in Schleswig-Holstein war es, die netzdienliche Integration (Erzeugung und Speicherung) und Nutzung (Rückverstromung) von Wasserstoff zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Erhöhung der Resilienz zu erforschen. Die zentrale Integration von leistungelektronischen "Smart Transformern" zur Wasserstoffspeicherung wurde simuliert, welcher bei Bedarf wieder rückverstromt werden könnte. Im nächsten Schritt sollte analysiert werden, inwiefern diese "Smart Transformer" in nachgelagerten "Microgrids" organisiert werden und eine darauf basierende Bottom-up-Netzwiederherstellungsstrategie unter Verwendung von wasserstoffbasierten Gemeinschaftsspeichern umgesetzt werden können.

Es konnten im Projekt erfolgreich Metriken zur Bestimmung der Resilienz im Verteilnetz bestimmt werden und anhand dieser eine Steigerung der Resilienz mittels Smart Transformatoren und Wasserstoffspeichern nachgewiesen werden. Die ursprüngliche zweite Zielstellung, eine Bottom-Up-Netzwiederherstellungsstrategie wurde in Teilen erreicht. Es wurde zunächst der Fokus auf die Sicherstellung der lokalen Eigenversorgung und damit der Resilienz im unterlagerten Netzabschnitt gelegt, welches die Grundvoraussetzung für eine Leistungsbereitstellung für das überlagerte Netz ist. Die Netzspeisung konnte noch nicht demonstriert werden.

Im Projekt H2-CARES wurden am Lehrstuhl für Leistungselektronik der Christian-Albrechts-Universität folgende Aktivitäten im Detail umgesetzt:

  • Definition relevanter Metriken zur Bewertung der Resilienz in Verteilnetzes

  • Modellierung der Energieerzeugung und des Energieverbrauchs in einem für Kiel typischen Verteilnetz anhand einer Modifizierung eines CIGRE Benchmark-Netzmodells, welches bereits eine Strukturierung in Communities aufweist. Dabei wurden Wetterdaten, die installierte Leistung Erneuerbarer Energien und die Verbrauchsdaten von typischen Lasten aus Handel, Gewerbe, Industrie und Haushalten mit einer Auflösung von einer Stunde berücksichtigt und das Ergebnis in Tagesprofilen dargestellt.

  • Ableitung des Potentials zur Wasserstoffspeicherung anhand von Zeitreihen-basierten Lastflussanalysen (dabei: Berücksichtigung typischer Kenndaten einer Elektrolysestation hinsichtlich Effizienz, Speicherrate, etc)

  • Ermittlung des Loss of Load (Differenz aus idealerweise benötigter und tatsächlich verfügbarer Leistung im Fehlerfall) und der maximalen Dauer der Eigenversorgung (als Kriterien zur Bewertung der Resilienz) im Falle eines Netzausfalls in Abhängigkeit der Leistungsklasse des Smart Transformators und der Leistungs-/Energieklasse der Elektrolyseanlage und des Wasserstoffspeichers in der Community

  • Szenarien-basierte Analyse des Loss of Loads unter Berücksichtigung unterschiedlicher Rekonfigurationen des Verteilnetzes (Vermaschung) zur Erhöhung der Interaktion der Communities (Ausgleich unterschiedlicher Last-/Erzeugungsprofile, Maximierung der lokalen Eigenversorgung im Falle eines Netzausfalls)

Teile der Ergebnisse wurden in dem Artikel Q. Xun, M. Langwasser, F. Gao and M. Liserre, "Optimal Sizing and Energy Management of Smart-Transformer-based Energy Storage Systems for Residential Communities," 2023 IEEE 14th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), Shanghai, China, 2023, pp. 891-896, doi: 10.1109/PEDG56097.2023.10215209. veröffentlicht und eine weitere Veröffentlichung ist in Vorbereitung.

Dr.-Ing. Marius Langwasser konnte während der Projektlaufzeit an der internationalen Fachkonferenz IEEE Energy Conversion Congress and Expo (ECCE) 2023 in Nashville teilnehmen. Die Teilnahme führte zu einem relevanten fachlichen Austausch und der Aufnahme der Idee der Vermaschung als zusätzliches Szenario (und damit teilweise als Ersatz des ursprünglichen zweiten Ziels des Vorhabens). Ebenfalls konnte darüber die Zusammenarbeit mit den Partnerinstituten Energy Efficiency Research Group from Universidade Nova de Lisboa, Portugal und Department of Energy, Aalborg University, Dänemark intensiviert werden.
 

Fazit:

Die Förderung durch den H2-Fonds hat somit deutlich zu einer Netzwerkerweiterung (auch sichtbar durch die Kooperation mit der Université de technologie de Belfort Montbéliard (UTBM) im Rahmen der gemeinsamen Publikation) beigetragen. Ebenfalls wurde das wissenschaftliche Profil von Dr.-Ing. Marius Langwasser hinsichtlich resilienter Verteilnetze weiterentwickelt und die Thematik ist nun auch Teil des vom BMBF geförderten Kopernikus-Projekts ENSURE, wobei das Teilvorhaben der CAU durch Dr.-Ing. Marius Langwasser geleitet wird.
Die Thematik Wasserstoffspeicherung ist aufgenommen worden in die Einheit "Energiespeicher" als Teil der M. Sc. Vorlesung "Renewable Energy Systems".
Grundsätzlich ist das Förderprogramm niedrigschwellig in Beantragung und in der Projektabwicklung (sehr positiv!). Als Verbesserungsvorschlag (welcher bereits in der Folgerichtlinie umgesetzt wurde) sind die wichtige Ergänzung der Möglichkeit der Neueinstellung von Personal und der Wegfall der Mindestvertragslaufzeit der geförderten Person zu nennen.

Antrags- und Projektvorbereitung zum Verbundprojekt "dS regenerativ"

Clemens Kerssen - Technische Hochschule Lübeck

Maik Baumann - Technische Hochschule Lübeck

Hintergrund:

Da sich unser Fachgebiet für Elektromobilität und Leistungselektronik (EMLE) der Technischen Hochschule Lübeck (THL) neben dem Schwerpunkt der Ladeinfrastruktur seit zwei Jahren auch auf das Themenfeld der dezentralen Energieversorgung fokussiert, wird neben der batterieelektrischen Energiespeicherung auch verstärkt im Bereich der Brennstoffzellentechnik Kompetenz aufgebaut und sowohl in der Lehre als auch in der Forschung verwertet. In dem Forschungsvorhaben "dS regenerativ" übernimmt das Fachgebiet EMLE der THL die wissenschaftliche Leitung des Gesamtvorhabens.
 

Zielsetzung:

Ziel unseres Fachgebietes unter der Leitung des Herrn Prof. Dr.-Ing. Roland Tiedemann ist es, innovative, auf Brennstoffzellentechnologie basierende Systemansätze zur Speicherung regenerativ erzeugter Energien zu entwickeln und zu testen. Zusammen mit unserem internationalen Partnernetzwerk aus den Bereichen Forschung, Wissenschaft und Wirtschaft wollen wir so die Mobilitäts- und Energiewende mitgestalten. Die Förderung des hier dargestellten Vorhabens in Kombination mit dem Verbundprojekt „dS regenerativ“ würde Schleswig-Holstein als Innovationsstandort stärken und die Expertise an der THL im Bereich der wasserstoffbasierten Energiespeicherung ausbauen. Aufgrund des Umfanges des Projektvorhabens "dS regenerativ" sowie dem großen Projektteam werden zwei Wissenschaftliche Mitarbeiter für die Beantragung und die Finalisierung des technischen Konzepts benötigt.

In dem Verbundprojekt "dS regenerativ" soll mit über 10 Partnern aus Deutschland und Österreich eine dezentrale Energieversorgung bestehend aus einem Brennstoffzellensystem (15 MWh Kapazität) und einem Batteriespeicher (1 MWh Kapazität) die Lübecker Hafengesellschaft (LHG) autark mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei stehen besonders die Erzeugung, die Speicherung und die Verstromung von Wasserstoff sowie die Bereitstellung von Systemdienstleistungen (SDL) für das Energieversorgungsnetz im Fokus. Für eine effiziente Energiespeicherung werden in diesem Vorhaben die Brennstoffzellentechnik (Langzeitspeicherung) mit einem kleineren batterieelektrischen Energiespeicher (Kurzzeitspeicherung) kombiniert. Die Energiegewinnung soll primär mit regenerativen Energiekonvertern (Windkraft, Photovoltaik) realisiert werden. Es wurde bereits ein Projektteam aufgestellt. Derzeit wird die Skizzierung des Projektvorhabens mit allen beteiligten durchgeführt.

Eine Förderung durch den H2Fonds würde die Einreichung des Projektantrags in der finalen Phase stark unterstützen sowie die Möglichkeit bieten, das Brennstoffzellensystem für das Projekt "dS regenerativ" detailliert auszuarbeiten und durch Versuchsaufbauten in kleinem Maßstab zu validieren. Die finale Ausarbeitung des Gesamtkonzeptes soll auf Grundlage der aktuellen Normen durchgeführt und durch Fachliteratur unterstützt werden. Ebenso können wir uns hier auf die Unterstützung befreundeter und partnerschaftlich verbundener Forschungseinrichtungen verlassen, die ich in diesem Zuge, ebenso wie Fachtagungen besuchen werden.Hier ist besonders die Helmholtz-Zentrum hereon GmbH zu nennen. Die daraus resultierenden Erkenntnisse werden in einem exemplarischen Versuchsaufbau unter Einhaltung des Arbeitsschutzes in unserem Labor an der THL umgesetzt. Diese Versuchsaufbauten werden nach der Validierungsphase für die Lehre, z.B. in Form von Laborversuchen, Praktika und Abschlussarbeiten weiter verwertet.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Die Förderung über den H2Fonds hat das Wissenschaftszentrum für Elektromobilität, Leistungselektronik und dezentrale Energieversorgung (EMLE) und damit die Technische Hochschule Lübeck (THL) die systemorientierte Wasserstoffforschung ermöglicht. Der Fokus lag auf dem Aufbau und der Vertiefung des theoretischen und praktischen Knowhows in diesem Themenfeld.

Nach einer Einarbeitungszeit wurde mit der Konzeption und dem Aufbau eines Demonstrators begonnen. Das System besteht aus einer 300W Brennstoffzelle der Firma Baltic FuelCells GmbH, einem Wassertank und einer 2,4kW Brennstoffzelle der Firma H2 Core Systems GmbH. Es handelt sich um ein voll funktionsfähiges kleines Wasserstoffsystem, das parallel zu einem batterieelektrischen Energiespeicher geschaltet wurde und somit einen hybriden Energiespeicher bildet. Die Verwendung von Industriekomponenten ermöglicht eine Skalierung der erzielten Ergebnisse. Daher wird der Versuchsaufbau nachhaltig im Labor für Versuchsreihen, Systemerweiterungen und Lehre eingesetzt.
Auf der Grundlage des soeben geschilderten Versuchsaufbaus sowie der damit verbundenen thematischen Vertiefung konnten alle vier Fachbereiche der THL davon überzeugen, gemeinsam ein großes Wasserstoffsystem zu beschaffen und dieses in die strategische Forschungs- und Lehrentwicklung der THL einzubinden. Es wird nach derzeit laufender Ausschreibung mit dem Erhalt des Wasserstoffsystems bis Ende des Jahres 2024 gerechnet. Die Konzeptentwicklung für die Integration in Vorlesungen, Praktika und Abschlussarbeiten laufen ebenfalls bereits.  

Im Zuge unserer Arbeiten ist uns bewusst geworden, dass diverse Fragestellungen im Nachgang gesondert betrachtet werden müssen. So ist es beispielsweise heute noch nicht üblich, Wasserstoffsysteme über eine Art Managementsystem intelligent und dynamisch an Netz- und Verbraucherstrukturen anzuschließen, was durch das Batteriemanagementsystem (BMS) im Fall von batterieelektrischen Energiespeichern bereits Stand der Technik ist. Dazu kommt das Trägheitsverhalten von Wasserstoffsystemen, die Anforderungen an elektrische Umrichter für die (Teil-)Netzintegration sowie Fragen der Arbeitssicherheit und Risikobewertung in beispielsweise öffentlichen Einrichtungen. Diese und weitere Erkenntnisse sollen in Folgeprojekten wieder aufgegriffen und intensiviert werden. 

Die Erstellung des Antrages "dS regenerativ" im Projektverbund hat ergeben, dass das benötigte Projektvorhaben aufgrund des Finanzbedarfes derzeit nicht förderfähig ist. Im allseitigen Einverständnis aller Projektmitglieder wurde von einer Einreichung abgesehen. Stattdessen werden derzeit kleinere Arbeitspakete aus dem Vorhaben "dS regenerativ" abgeleitet und in reduziertem Umfang in gesonderten Projektanträgen eingereicht.  

Trotz einiger Varianzen wurden die angestrebten Ziele der H2Fonds-Förderung erreicht und in puncto hochschulweiter Verwertung sogar deutlich übertroffen. Ebenso konnten das Netzwerk rund um das Thema der Wasserstofftechnik und -forschung erweitert werden und anstatt einem großen Verbundprojekt ist die Folge die kontinuierliche Akquise von Fördergeldern für die Wasserstoffforschung in einem wachsenden Netzwerk. 

 

Fazit:

Dank der Förderung des H2Fonds konnte, ausgehend von unserem Kernbereich Elektrotechnik, tiefer in das Thema Wasserstoff eingestiegen, die Potenziale näher betrachtet und langfristig an der TH verankert werden. Ohne die Förderzusage wäre dies nicht möglich gewesen. Die Beantragung war unkompliziert und die Zusammenarbeit mit der EK.SH/HY.SH sehr positiv. Der THL wurde durch unsere Förderung perspektivisch sogar ein neues Fokusfeld eröffnet, welches in Forschung und Lehre verwertet werden kann und verwertet wird.  

Planung und Durchführung des 2. Forschungssymposiums Wasserstoff

Prof. Dr. Hinrich Uellendahl - Hochschule Flensburg

Hintergrund & Zielsetzung:

Nachdem im vergangenen Jahr die FH-Westküste in Heide das erste Forschungssymposium Wasserstoff in Kooperation mit dem HY.SH veranstaltet hat, um insb. die Wasserstoffprojekte des Instituts für die Transformation des Energiesystems (ITE) vorzustellen, möchte dieses Jahr das Zentrum für nachhaltige Energiesysteme (ZNES) aus Flensburg nachziehen. Das ZNES ist ein Zusammenschluss von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der HS-Flensburg und der Europa-Universität Flensburg. Das große Ziel ist die Erforschung, Entwicklung und Implementierung von Energiesystemen und -technologien, die dauerhaft umwelt- und klimaverträglich sind. Dabei wird an großen, ganzheitlichen Systemen genauso gearbeitet wie an den Details einzelner Technologien. Hauptsache regenerativ.

Wasserstoff ist schon heute einer der zentralen Forschungsschwerpunkte am ZNES. Durch die diesjährige Wiederholung des Forschungssymposiums Wasserstoff soll das Forschungsnetzwerk des HY.SHs einen besseren Einblick in die Aktivitäten der am ZNES beteiligten Professuren erhalten und im aktiven Teil des Programms einen Einblick in die Forschungslabore der Hochschule gewinnen.

Schließlich verfügt die HS-Flensburg seit Kurzem mit dem neu geöffneten Testlabor Sektorkopplung Power-to-Fuels and Chemicals über eine Einrichtung, die zusätzlichen Raum für weitere Wasserstoffvorhaben öffnet und mehr Möglichkeiten für die Zusammenarbeit mit weiteren Forschungspartnern aus anderen Einrichtungen bietet.

Beim Programm des Forschungssymposiums orientiert sich das ZNES am Ablauf des ersten Forschungssymposiums, welches vom Forschungsnetzwerk des HY.SHs sehr positiv aufgenommen wurde:

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Am 11. Oktober 2023 fand das 2. HY.SH-Forschungssymposium auf dem Campus der Hochschule in Flensburg statt. Das Symposium wurde in Kooperation mit dem HY.SH vom Zentrum für nachhaltige Energiesysteme (ZNES) der Hochschule Flensburg und der Europa-Universität Flensburg organisiert. Durch die Finanzierung aus dem H2Fonds konnten die entstandenen Kosten für die Durchführung des Symposiums (Catering, Getränke, Fotografie) zu 100% über das Landesförderprogramm gedeckt werden.

Am HY.SH-Symposium nahmen insgesamt 50 TeilnehmerInnnen aus dem Bereich der Wasserstoffforschung des Landes Schleswig-Holstein teil. Im ersten Teil des Symposiums wurden verschiedene zur Zeit laufende Projekte im Bereich der Wasserstoffforschung vorgestellt. Im Anschluss an die Fachvorträge wurde von den TeilnehmerInnen die Ausgestaltung der H2-Forschungs-Roadmap und die strategische Ausrichtung der Wasserstoffforschung im Land im Bereich der Themenschwerpunkte (1) Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten, (2) Infrastruktur und Systemintegration, (3) Anwendung, (4) Sicherheit, Akzeptanz & nachhaltige Markteinführung in  Workshops diskutiert.

Im ersten Teil wurden nach Vorstellung des aktuellen Stands der Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein durch Prof. Dr. Oliver Opel, Projektkoordinator des HY.SH, und Prof. Dr. Ing. Frank Osterwald vom EKSH und der Erstvorstellung der webbasierten Karte der H2-Projektlandschaft  durch Dr. Frank Schiller und Katharina Prehn, Institut für die Transformation des Energiesystems (ITE) der FH Westküste) die folgenden Fachvorträge zu verschiedenen H2-Projekten gehalten. Clara Büttner, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am ZNES, stellte die "Systemische Optimierung von Elektrolyse-Standorten in Deutschland", Prof. Dr. -Ing. Michael Thiemke und Prof. Dr.-Ing. Wiktoria Vith, Hocshcule Flensburg, die Projekte „Wasserstoff und Ammoniak als Kraftstoff für kleine & mittelgroße Schiffe“ und "CO2-Gewinnung aus Abgasen mit gleichzeitiger H2-Produktion" im Rahmen der T!Raum-Initiative „Innovationslabor: Speicher zur Nutzung erneuerbarer Energien im echten Norden“ (kurz Inno!Nord) vor. Dr. Sebastian Scholz, CAU Kiel, gab einen Einblick in das CAPTN Energy Forschungsprogramm, Mika Suwe und Prof. Dr.-Ing. Dirk Volta, Hochschule Flensburg, in das H2-Klin Projekt "Wasserstoffnutzung im Klinikum Flensburg", und schließlich Prof. Dr.-Ing. Julian Jepsen, in die Wasserstoffforschung am Helmholtz-Zentrum Hereon. Danach führte Prof. Dr. Hinrich Uellendahl die Teilnehmenden durch das "Testlabor Sektorkopplung, Power-to-Fuels and Chemicals“, in dem die Kopplung der Wasserstoffproduktion mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energiequellen mit Prozessen  zur Erzeugung von wasserstoffbasierten Folgeprodukten („Power-to-X“ bzw. „Power-to-Liquid“) im Pilot-Maßstab erforscht und weiterentwickelt wird. 


Fazit:

Das HY.SH-Symposium war eine erfolgreiche Veranstaltung, die Wasserstoffforschenden des Landes Schleswig-Holstein zusammenzubringen, um einen Überblick über Projekte und Akteure im Bereich Wasserstoff im Land zu gewinnen und den Prozess der Entwicklung einer Roadmap für die Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein in Gang zu setzen. Der gemeinsame Austausch innerhalb der Themenschwerpunkte wird auch zukünftig stetig weitergeführt. Der initiierte Roadmap-Prozess wird im Anschluss vom HY.SH fortgeführt. Eine erste Version der H2-Forschungs-Roadmap wird für Herbst 2024 angestrebt.

Die Beantragung der H2Fonds-Förderung für die Durchführung des Symposiums war verwaltungstechnisch einfach und schnell. Zudem haben uns die Empfehlungen der H2Fonds-Jury bei der weiteren Planung der Veranstaltung geholfen. Die Abrechnung der Veranstaltung erfolgte ohne Probleme über die Drittmittelabteilung der Hochschule Flensburg.

Authentische Wasserstoffforschung für Schülerinnen und Schüler im außerschulischen Bereich

Lasse Kattwinkel - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Zielsetzung: 

Mit diesem Antrag sollen gezielt Nachwuchsmaßnahmen entwickelt und durchführt werden, um Schülerinnen und Schüler in SH für Forschung und Berufstätigkeit im Bereich der Wasserstofftechnologie zu begeistern. Trotz des derzeitigen Fachkräftemangels in diesem Sektor, existieren im schulischen Bereich bisher kaum Programme zur langfristige Förderung von Nachwuchskräften. Dabei sind eben solche Programme nicht nur für eine nachhaltige Entwicklung des erneuerbaren Sektors in SH essentiell - auch bieten sie Schülerinnen und Schülern große Chancen für den späteren beruflichen Werdegang. Und die Neugier von Schülerinnen und Schülern zu wecken, soll die Wasserstoffforschung, von Erzeugung, über Transport und Speicherung bis hin zur Nutzung den jungen Nachwuchsforschern insbesondere experimentell näher gebracht werden.

Dazu soll die bereits bestehende Infrastruktur der Forschungswerkstätten, welche der MINT Akademie (Land SH) und dem IPN angegliedert sind, genutzt werden. langfristig soll Schülerinnen und Schülern hier der Raum, die Ressourcen und Unterstützung geben werden, um regelmäßig und eigenständig zu Themen im Bereich der Wasserstofftechnologie experimentieren zu können. Es sollen eigene Forschungsprojekte umgesetzt werden, und die Forschung somit den Stellenwert eines Hobby bekommen. Mit der Durchführung von inner- und außerschulischen Projekttagen und Wochen soll mehr Aufmerksamkeit für das Thema Wasserstoff geweckt werden und langfristig auch für ein Studium oder eine Ausbildung in dem Bereich begeistert werden. Um das freie Forschen in diesem Themenbereich zu ermöglichen, muss zum Einen die bestehende Infrastruktur der Forschungswerkstatt erweitert werden. Zum Anderen muss ein entsprechendes Framework für forschungsnahe Experimente für diesen Bereich entwickelt werden. Die Experimente werden mehrstufig aufgebaut sein - von der Breiten- bis hin zur Talenteförderung, vom Klassenverband bis hin zu Einzelförderung. Sie sollen sowohl an der Forschungswerkstatt selbst, aber auch im schulischen Umfeld genutzt werden können. Durch die Ausweitung auf das schulische Umfeld sollen Synergien erzielt werden, da auch dort das Thema Energie und Elektrochemie seit August 2022 stark in den Fachanforderungen (Chemie) SH verankert ist. Das Thema Wasserstoff kann somit auch im Profilseminar einfließen, welches es Schülerinnen und Schülern ermöglicht in der Schule eigenständig zu Projekten zu forschen. Bereits gesammelten Erfahrungen aus dem laufenden Schuljahr zeigen, dass gerade das Thema Energie und alle Arten von Energiespeicherung für die Schülerinnen und Schüler mit viel Interesse aufgenommen wird. Bei der Durchführung von Projekttagen und Projektwochen (z.B. den TalenteCamps der MINT Akademie) sollen neben Forschenden auch lokale Industrieunternehmen eingebunden werden, die aus ihren alltäglichen Erfahrungen mit dem Thema berichten können. Die Veranstaltungen sollen zudem genutzt werden, um das Thema regenerative Energien im Gesamtkontext des Klimawandels der daraus entstehenden Folgen für Umwelt und Gesellschaft zu diskutieren.

Das Projekt dient insbesondere dazu erste Konzepte und Experimente zu entwickeln und zu erproben. Parallel dazu werden Anträge vorbereitet um eine langfristige Anschlussfinanzierung zu sichern. Die geplanten Arbeiten und die Konzeptionierung geschehen in Zusammenarbeit mit dem IPN in Kiel innerhalb der MINT-Akademie. Die Forschung im Wasserstoffbereich ist dabei eingebunden in ein Gesamtkonzept für die Forschung an regenerativen Energien und Energiespeichersystemen. Die Durchführung der Experimente und die Vorbereitung dieser wird zu Teilen am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik in der Arbeitsgruppe Grenzflächen von Prof. Magnussen stattfinden, als auch in der Kieler Forschungswerkstatt. Prof. Magnussen stellt für diese Arbeiten seine Labore und die notwendigen Geräte, sowie die Büroflächen zur Verfügung. Desweiteren sollen zur Verwirklichung der Ziele Partnerschaften mit
anderen Instituten (z.B. der FH Westküste und der FH Kiel), sowie lokal ansässigen Unternehmen weiter ausgebaut werden.

Zusammenfassung der Forschungsergebnisse / Erfahrungsbericht

Ziel der Förderung war es Angebote für Schüler*innen zu entwickeln, die schon in dieser Altersklasse das Interesse an der Wasserstofftechnologie stärken sollen – und damit auch an Forschung und Berufstätigkeit in diesem Bereich. Für dieses relative neue Feld existieren im schulischen Umfeld bisher kaum Programme zur langfristigen Förderung von Nachwuchskräften. Ebensolche Programme sind für eine nachhaltige Entwicklung des erneuerbaren Sektors in SH jedoch essenziell - auch bieten sie Schülerinnen und Schülern große Chancen für den späteren beruflichen Werdegang. 
Die zu entwickelnden Maßnahmen sollten im Kern die Neugier von Schülerinnen und Schülern an der Technologie wecken - insbesondere durch eigenes Experimentieren. Im Rahmen der Förderung wurde dafür ein Konzept ausgearbeitet, teileweise erprobt, und in einen Förderantrag für ein längerfristiges Projekt verankert. 

Konkret wurden dazu folgende Maßnahmen durchgeführt:

1) Fachliche Vertiefung in das Thema Wasserstofftechnologie in SH. Ein Fokus lag dabei auf der Fragestellung, welche Aspekte für Schüler*innen hier von besonderem Interesse sein könnten und wie man diese experimentell aufarbeiten kann.

2) Vertiefung von didaktischen Aspekten und Erwerb von praktischen Erfahrungen im Bereich außerschulischer Bildungsangebote. Dazu wurde insbesondere mit dem Leibnitz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) zusammengearbeitet. Die hier ansässige MINT-Akademie und die Kieler Forschungswerkstatt haben bereits langjährige Erfahrungen in diesem Bereich. Konkret konnten in Zusammenarbeit mit Sandra Hansen unter anderem Workshops an Schulen und Projekttage (Talente-Camps) an der Kieler Forschungswerkstatt im Themenbereich der Batterieforschung begleitet werden.
Wir waren zudem mit eigens dafür entwickelten Experimenten eine Woche lang beim Wissenschaftsfestival “Highlights der Physik“ mit dem Themenbereich „Wasserstofftechnologie“ präsent. Durch Kooperation mit Claudio Pistidda vom Helmholtz-Zentrum Hereon, welcher unseren Stand mit weiteren Exponaten und Personal unterstützt hat, konnten wir das Thema auf einer breiten Basis präsentieren.

3) Entwicklung von ersten Demonstrationsexperimenten. Um bei Veranstaltungen im öffentlichen Raum schnell mit Leuten ins Gespräch zu kommen, können einfache Demonstrationsexperimente oft ein Türöffner sein. In Kooperation mit der AG Magnussen haben wir für die “Highlights der Physik” ein “Wasserstofffahrrad” entwickelt. Mithilfe eines Fahrrades (SprottenFlotte, Stadt Kiel) auf einem Generator konnte jeder seinen eigenen Strom, und daraus mithilfe eines PEM-Elektrolyseurs seinen eigenen Wasserstoff direkt erzeugen. Der selbst erzeugte Wasserstoff wurde dann in einem Kolben gut sichtbar aufgefangen. Die Resonanz hierzu war bei den Schüler*innen, Besucher*innen und in den Medien (siehe SH Magazin Beitrag vom 26.09.2023) durchweg sehr positiv – gerade auch weil die Hemmschwelle auf diese Weise mit dem Thema Wasserstoff in Berührung zu kommen sehr gering ist. Wir konnten die Veranstaltung zudem nutzen, um uns mit vielen weiteren Akteuren in unserem Bereich zu vernetzen (wie z.B. mit Lehrer*innen, der Stadt Kiel, verschiedenen Arbeitsgruppen der Uni Kiel, der Phänomenta Flensburg und verschiedenen Unternehmen). Folglich werden wir mit den entwickelten Exponaten voraussichtlich auch auf zukünftigen Veranstaltungen präsent sein (z.B. der “PowerNet” und dem “Kiel Kann Mehr Zukunftsfestival”).

4) Weitere Vernetzung mit Akteuren in den Bereichen der Wasserstofftechnologie und dem Bildungssektor. Der Fokus lag hier vor allem, jedoch nicht ausschließlich, auf der Suchen nach Partnern für die Entwicklung eines langfristigen Projektes für Nachwuchsmaßnahmen im außerschulischen Bereich. Dazu waren wir unter anderem in verschiedenen Gremien (z.B. Norddeutsche Wasserstoffstrategie) präsent, sowie auf Ausstellungen (z.B. Power2Change) im Gespräch mit aktiven Akteuren in unserem Bereich. In Vorbereitung auf die Stellung eines größeren Projektantrages wurden zudem viele direkte Gespräche geführt (z.B. vor Ort an der SDU in Sonderborg, mit der FH Kiel, der Uni Flensburg, etc.).

5) Konzeptionierung eines Projektes und Stellung eines Projektantrages, um außerschulische Nachwuchsmaßnahmen im Bereich der Wasserstofftechnologie langfristig zu verankern. Aufbauend auf den obigen Maßnahmen wurde mit den Projektpartnern CAU Kiel, dem IPN Kiel und der SDU Sonderborg ein Projektantrag für ein 3-Jähriges, transnationales Interreg-Projekt erarbeitet und gestellt. Als Netzwerkpartner sind hier zudem 14 weitere Unternehmen und Institutionen aus unserer Region eingebunden. Das Projekt beinhaltet somit nicht nur die Durchführung außerschulischer Aktivitäten (Workshops und Projekttage) und die Erarbeitung von didaktischen Konzepten und Materialien, sondern schließt implizit berufsbildende Maßnahmen mit lokalen Akteuren der Wasserstoffwirtschaft ein.

Zusammengefasst hat die Förderung durch den H2Fonds es ermöglicht Angebote für Schüler*innen zu entwickeln, um somit schon in dieser Altersklasse das Interesse an der Wasserstofftechnologie zu stärken. Ohne die Förderung wäre es auf Grund von Finanzierungslücken nicht möglich gewesen dieses Projekt anzustoßen. Insbesondere die finanzielle Überbrückung nach Abschluss der Promotion hat es mir erst ermöglicht, einen größeren Folgeantrag für dieses Projekt auszuarbeiten und zu stellen. Insofern erachte ich das Förderprogramm als extrem wertvoll – nicht nur um Projektideen anzustoßen und durchzuführen, sondern auch um fachlich gut ausgebildetes Personal nach Abschluss der Promotion für den Bereich der Wasserstoffwirtschaft zu gewinnen. 

Wasserstoff als Schiffskraftstoff der Zukunft: Bewertung und Analyse von Umwelt- und Klimafolgen einer Umstellung der Schifffahrt auf Nord- und Ostsee

Franziska Dettner - Europa-Universität Flensburg

Hintergrund:

Die sektorübergreifende Dekarbonisierung ist notwendig, um das im Pariser Abkommen festgelegte 1.5°C Ziel zu erreichen. Die Schifffahrt (und die Luftfahrt) gelten als schwierig zu dekarbonisierende Sektoren durch die Elektrifizierung mit erneuerbarem Strom. In meinem Forschungssemester möchte ich die Chancen, Potentiale und Hemmnisse von Wasserstoffnutzung für die Schifffahrtsbranche mit Fokus auf Schleswig-Holstein eingrenzen und gezielt ein größeres Forschungsprojekt initiieren und akquirieren. Das nördlichste Bundesland liegt im Zentrum der Schifffahrtsaktivitäten auf Nord- und Ostsee und ist ein wichtiger maritimer Standort in Europa. Die Transformation zur Klimaneutralität erfordert insbesondere die klimaneutrale Bereitstellung und Anwendung alternativer Technologien und Kraftstoffe, die (vor Ort) kostenoptimal und wettbewerbsfähig bereitgestellt werden können. Schleswig-Holstein kann durch die Expertisenlandschaft (Werften, Forschungseinrichtungen und Förderer) eine Vorreiterrolle in der maritimen Energiewende einnehmen.

Vorarbeiten - In einem durch die EKSH geförderten HWT Projekt “Klimaneutrale Schifffahrt für Schleswig-Holstein” (2020-2021) habe ich, gemeinsam mit der Flensburger Schiffbaugesellschaft, die Emissionen auf Nord- und Ostsee detailliert aus Schiffsbewegungsdaten quantifiziert. Die Ergebnisse geben einen umfassenden Überblick über die tatsächlichen Emissionsmengen und die aufgewandten Kraftstoffmengen der Schifffahrt (2015). Angeschlossen daran habe ich in der Laufzeit des Promotionsstipendiums der EKSH (2022) die erarbeiteten Ergebnisse und Methoden als wissenschaftliche Veröffentlichungen zusammengefasst und das Rahmenpapier meiner Dissertation gegliedert und niedergeschrieben.

Zielsetzung:

Wieso H2 Fonds – Zeit für Wasserstoff? Grüner Wasserstoff und besonders dessen Derivate wie Ammoniak und E-Methanol gelten in der Schifffahrtsbranche als vielversprechende Alternativen zu konventionellen Energieträgern. Das angestrebte Forschungssemester knüpft an die erstellen Datensätze aus dem HWT-Projekt an. Es soll zum einen beleuchten werden wie Wasserstoff (und dessen Derivate) im maritimen Sektor in Schleswig-Holstein (und Deutschland) produziert, eingesetzt und angewandt werden können. Zum anderen wird ein Projektantrag beim Maritimen Forschungsprogramm angestrebt, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert wird. Gerade Schleswig-Holstein kann als maritime Energie-Modellregion interessant für ein Verbundprojekt sein, welches ein integratives Konzept für eine klimaneutrale Schifffahrt entwickelt.

Ergebnisse des Forschungssemesters sind zum einen die Schärfung der Forschungsfragen für den geplanten Projektantrag, sowie die Formulierung des Projektantrages selbst. Welche Hemnisse, Chancen und Innovationen sind im Bereich maritimer Wasserstoffanwendungen notwendig und vielversprechend? Wie sieht die (Nord)deutsche (Schleswig-Holstein im Fokus) Innovationslandschaft im Bereich der maritimen Wasserstoffanwendungen aus, welche Themengebiete schließen sich daran an, zu nennen sind bspw. die Landstromversorgung und die Wasserstoffinfrastruktur an Häfen. Zudem sollen die Ergebnisse in eine Publikation einfließen, welche es ermöglicht die Transformation des Maritimen Sektors in Schleswig-Holstein (wenn möglich über die gesamte Wertschöpfungskette) unter der übergeordneten Fragestellung: Ist Wasserstoff (und dessen Derivate) als Schiffskraftstoff der Zukunft geeignet und unter welchen sozial-ökologischen und techno-ökonomischen Gesichtspunkten sinnvoll? Anhand einer Indikatorenliste zusammenfasst und eine Bewertungsgrundlage bietet.

 

Info & Kontakt

Zusammenfassung der Forschungsergebnisse / Erfahrungsbericht

Ziel des Forschungssemesters war die Einwerbung von Fördermitteln für ein umfangreiches Forschungsvorhaben sowie die Durchführung notwendiger Hintergrundrecherchen und Vorarbeiten mit dem Fokus auf Chancen, Potenziale und Hemmnisse für den Wasserstoffeinsatz im maritimen Sektor Schleswig-Holsteins. Das Förderprogramm H2Fond - Zeit für Wasserstoff hat es mir unter anderem ermöglicht, tiefer in die Verbindung zwischen maritimen Emissionen und Wasserstoff bzw. wasserstoffbasierten Derivaten als alternativen Kraftstoffen für den Schifffahrtssektor einzutauchen. Generell bietet das Förderprogramm Wissenschaftler*innen die Möglichkeit individuelle und aktuelle Forschungsfragen im Bereich der Wasserstoffforschung zu erkunden. Der Antragsprozess und die Flexibilität bei der Bearbeitung individueller Themen sind in der akademischen Welt nicht selbstverständlich. Dies kommt besonders uns Doktorant*innen zugute, da wir damit eigene Forschungsinteressen verfolgen, welche direkt in unsere Dissertation einfließen können.

Die bewilligten Gelder flossen ausnahmslos in Personalmittel, um die im Folgenden beschrieben Absprachen, Vernetzungen und Forschungstätigkeiten zu absolvieren. Auch wenn innerhalb des geförderten Zeitraumes kein vollständiger Projektantrag eingereicht wurde, wurden große Bemühungen unternommen, die Forschungsideen zu bündeln, auszuwerten, weitere Recherchen anzustellen, wichtige Vorarbeiten auszuführen und die Vernetzung mit relevanten Akteuren in diesem Bereich voranzubringen. Ein großes Hindernis war die Koordinierung und Kommunikation mit potenziellen Projektpartnern, welche nicht so erfolgreich verlief wie erhofft. Ich bin zuversichtlich, dass die Arbeiten in Zukunft in einen erfolgreichen Projektantrag einfließen. 

Zuerst wurde die Förderlandschaft ausgelotet. Ursprünglich angedacht war die Erarbeitung einer Projektskizze (und Einreichung) beim Forschungsträger Jülich (BMWK) innerhalb des Maritime Forschungsprogramms. Nach umfangreicher Prüfung der gegebenen Förderbereiche „MARITIME.green“ und „MARITIME.smart“ konnte dieser Fördermittelgeber nicht genutzt werden, da die gesuchten Projekte eher einen technischen (ingenieurswissenschaftlichen) Fokus, sowie einen starken Bezug auf KI basierte Programme und Projekte richten. Als potenziell alternatives Förderprogramm wurde CAPTN Energy identifiziert. Das Programm erfordert regionale Projektpartner, um die regionale Wertschöpfungskette zu stärken (Region um Nord-Ostsee-Kanal). Es wurde mehrfach Partner angefragt, besonders um Emissionsmodellierung mit landseitigen Stromanschlüssen sowie alternativen Kraftstoffen zu verschneiden, leider erhielt ich mehrfach Absagen.

Parallel zu Fördermittelevaluation wurden inhaltlich insbesondere umfangreichen Recherchen im Bereich der maritimen Anwendungen von Integrated Assessment Models durchgeführt, sowie Forschungstätigkeiten im Bereich erneuerbarer/klimaneutraler Brennstoffe, im speziellen erneuerbaren Wasserstoff als Vorläufer vom vielversprechenden maritimen Kraftstoff Methanol. Besonders Preis- und Produktionsprognosen wurden untersucht für zukünftige Szenario-Annahmen. Zusätzliche habe ich Marina Blohm bei ihrer Veröffentlichung zu Nachhaltigkeitskriterien für erneuerbaren Wasserstoff unterstützt („Green hydrogen production: Integration environmental and social criteria to ensure sustainability“). Gleichzeitig wurden weitere Recherchen und Vorarbeiten durchgeführt um den Strombedarf von Schiffen im Hafen in ein landseitiges open-source Energiesystemodell zu überführen und damit Netzengpässe/Speicherkapazitäten zu determinieren. Gleichzeitig wurden zahlreiche Recherchen zu Preisentwicklungen und Verfügbarkeiten von Wasserstoff/Methanol als Schiffskraftstoff getätigt und wie eine Einbindung der Bedarfe in Strom/Energiemodelle erfolgen kann. Die Transformation erfordert insbesondere die klimaneutrale Bereitstellung und Anwendung alternativer Technologien und Kraftstoffe, die (vor Ort) kostenoptimal und wettbewerbsfähig bereitgestellt werden können. Die inhaltlichen Arbeiten umfassten außerdem die Analyse des Norddeutschen, Maritimen Wasserstoffnetzwerks und die Auslotung potentieller Synergien mit dem Ziel der Vermeidung von Doppelstrukturen und Reproduktionsforschung. Generell ist die maritime Energietransformation besonders für Schleswig-Holstein relevant. Während politische Bekenntnisse zum Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft in Deutschland und besonders Schleswig-Holstein unternommen werden, ist besonders der Bereich der Landstromversorgung und auch der Infrastrukturaufbau für die Versorgung von alternativen Kraftstoffen im Maritimen Bereich noch deutlich ausbaufähig.

Als Ergebnisdokumentation steht eine Antragsskizze, welche je nach Förderprogramm nun angepasst werden kann. Zusätzlich fließen die Recherchen und dazugehörigen Textpassagen in den Manteltext meiner kumulativen Dissertation ein. Besonders für diese war das Forschungssemester äußerst hilfreich, um einen Ausblick und Anknüpfungspunkt an und zur bestehenden Forschung zu schaffen.

Sozialwissenschaftliche Perspektiven auf die Entwicklung neuer Strukturen für grünen Wasserstoff in Schleswig-Holstein

Prof. Dr. Silja Klepp - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Hintergrund:

Wasserstoff wurde bisher vor allem aus den Fachbereichen der Naturwissenschaften, den Ingenieurswissenschaften oder von den Wirtschaftswissenschaften erforscht und finanziell gefördert. Es gibt daher eine große Forschungslücke im Bereich der Sozialwissenschaften. Bisherige Erfahrungen in der Energiewende haben jedoch gezeigt, dass es ebenso wichtig ist, die Rolle der Gesellschaft in der Energietransformation zu verstehen, wie die Technologie selbst. Dementsprechend gibt es einen hohen Bedarf an sozialwissenschaftlicher Forschung, um die Herstellung von grünem Wasserstoff ausreichend aus unterschiedlichen Perspektiven beleuchten zu können. Grüner Wasserstoff spielt jetzt schon in der Nachhaltigkeitsstrategie der EU eine zentrale Rolle und Infrastrukturen werden bereits gebaut. Allerdings gibt es Befürchtungen, dass bei der Etablierung von grünem Wasserstoff als wichtiger Energieträger bestehende Ungerechtigkeiten reproduziert werden.

 

Zielsetzung:

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, in der Arbeitsgruppe "Sozialgeographie der Küsten und Meeren unter der Leitung von Prof. Dr. Silja Klepp Kompetenzen im Bereich der sozialgeographischen Wasserstoffforschung aufzubauen. Im Rahmen des Projektes sollen zwei Kurzstudien angefertigt und anschließend eine Exkursion durchgeführt werden. 

In der ersten Kurzstudie wird die Ansiedlung der Herstellung von grünem Wasserstoff aus der Perspektive der "socio-technical imaginaries" erforscht. Diese "imaginaries" sind kollektive Zukunftsvorstellungen von Politik, Gesellschaft und Wissenschaft, die handlungsleitend wirken. Der theoretische Ansatz beruht zudem auf der Annahme, dass sich Wissenschaft und Gesellschaft in ihren Entwicklungen gegenseitig beeinflussen und somit auch politisch sind. Die Studie hat das Ziel, am Beispiel des Reallabors "Westküste100" in Heide, die gesellschaftlich-politische Dimension der Herstellung von grünem Wasserstoff zu untersuchen. Konkret wird analysiert, welche Zukunftsvorstellungen der Wasserstoffproduktion zu Grunde liegen und wie diese zustande kommen.

Die zweite Kurzstudie soll den Aufbau der Infrastruktur, die für die Herstellung und Nutzung von grünem Wasserstoff notwendig ist, unter Berücksichtigung von Gerechtigkeitsaspekten untersuchen. Transformationsprozesse sind häufig von (Landnutzungs-)Konflikten und auf Ungleichheit beruhenden Marginalisierungsprozessen begleitet. Dabei spielen fehlende Partizipation und fehlende Anerkennung bestimmter Gruppen eine wesentliche Rolle. In dieser Untersuchung sollen die Dimensionen der Umweltgerechtigkeit (Verteilungsgerechtigkeit, Prozedurale Gerechtigkeit, Gerechtigkeit der Anerkennung) empirisch analysiert werden. Ziel der Arbeit ist es, mögliche Ungerechtigkeiten in der Energiewende in Bezug auf grünen Wasserstoff aufzudecken und die zu Grunde liegenden Machtstrukturen offen zu legen.

Darüber hinaus soll im Rahmen der Förderung eine Exkursion mit ca. 20 Studierenden zum Reallabor "Westküste100" nach Heide durchgeführt werden. Diese soll voraussichtlich im August stattfinden und somit über einen H2Fonds Folgeantrag finanziert werden. In Heide soll mit Bachelorstudierenden des Studiengangs Geographie an der CAU der Wasserstoffstandort besichtigt und Akteure vor Ort besucht werden. Bei den Besichtigungen, Beobachtungen und Expert*innengesprächen soll die Herstellung von grünem Wasserstoff analysiert und diskutiert werden, vor allem in Bezug auf Umweltgerechtigkeit, Partizipation und Transformation. So können die während der ersten Projektlaufzeit gewonnen Erkenntnisse direkt mit den Studierenden geteilt werden. Davon erhoffen wir uns, dass das Interesse an dem Thema innerhalb der Universität und unter den Studierenden steigt, und dass es zu einer Zunahme von Abschlussarbeiten über grünen Wasserstoff kommt.

Zusammenfassung der Forschungsergebnisse / Erfahrungsbericht

Ziel dieses Forschungsprojektes war es, in der Arbeitsgruppe "Sozialgeographie der Küsten und Meere" unter der Leitung von Prof. Dr. Silja Klepp Kompetenzen im Bereich der sozialgeographischen Wasserstoffforschung aufzubauen. Es gibt eine große Forschungslücke zum Thema Wasserstoff im Bereich der Sozialwissenschaften, da bisher vor allem Arbeiten aus der Ingenieurswissenschaft und Naturwissenschaft gefördert wurden und das Thema auch insgesamt neu ist. Bisherige Erfahrungen mit der Energiewende haben jedoch gezeigt, dass es ebenso wichtig ist, die Rolle der Gesellschaft in der Energietransformation zu verstehen, wie die Technologie selbst (Davidson & Gross, 2018).

Im Rahmen des Projektes sollten zwei Studien angefertigt und anschließend eine Exkursion mit Studierenden in die Modellregion Heide durchgeführt werden. Für die Koordinierung des Projektes und zur Unterstützung der Forschung wurden zwei wissenschaftliche Hilfskräfte angestellt.

Das Projekt wurde mit vollem Erfolg durch die wissenschaftlichen Hilfskräfte Ravn Haid und Nils Hilder abgeschlossen. Die Studie "Politicizing Hydrogen Future-Making through the lens of Socio-Technical Imaginaries a case study in Heide, Schleswig-Holstein" von Ravn Haid ist in Form einer Masterarbeit bereits abgeschlossen und mit großem Erfolg im Juli 2023 eingereicht worden. Die Studie wird derzeit zu einer wissenschaftlichen Publikation von Prof. Dr. Silja Klepp und Ravn Haid im Fachjournal Climate Policy umgearbeitet.  Die zweite Studie von Nils Hilder verwendet Perspektiven der Umweltgerechtigkeit zum Thema der Infrastrukturen, die für die Herstellung und Nutzung von grünem Wasserstoff notwendig sind. Sie wird wie im Zeitplan vorgesehen Anfang nächsten Jahres eingereicht. 

In der gemeinsam mit Ravn Haid angefertigten Kurzstudie wird die Ansiedlung der Herstellung von grünem Wasserstoff aus der Perspektive der "socio-technical imaginaries" (Jasanoff 2015) erforscht. Diese "imaginaries" sind kollektive Zukunftsvorstellungen von Politik, Gesellschaft und Wissenschaft, die handlungsleitend wirken. Der theoretische Ansatz beruht zudem auf der Annahme, dass sich Wissenschaft und Gesellschaft in ihren Entwicklungen gegenseitig beeinflussen und somit auch politisch sind. Die Studie untersucht am Beispiel des Reallabors "WESTKÜSTE100" in Heide die gesellschaftspolitische Dimension der Herstellung von grünem Wasserstoff, auch unter Berücksichtigung verschiedener Politik- und Regulierungsebenen (EU-Nationalstaat-Land-Region-Kommune). Es wird unter anderem analysiert, welche Zukunftsvorstellungen der Wasserstoffproduktion zu Grunde liegen und wie diese zustande kommen. Durch die Förderung des H2Fonds konnten zusätzliche Interview- und Forschungsreisen durchführt werden.
Die Durchführung und Betreuung der zwei Kurzstudien und die Planung der Exkursion wurden durch die über den H2Fonds finanzierten wissenschaftlichen Hilfskräfte optimal unterstützt.  Sie haben die zu publizierenden Artikel mit ihrer Forschung optimal unterstützt, die Exkursion mitgeplant und die Antragsstellerin bei administrativen Tätigkeiten im Lehrstuhl entlastet, um ihre eigene Forschung zu ermöglichen. 

Die einwöchige humangeographische Exkursion nach Nordfriesland und Dithmarschen wurde mit fünfzehn Studierenden vom 21.08-28.08.2023 durchgeführt. Sie setzte sich zu Beginn mit der allgemeinen sozial-ökologischen Transformation und Mensch-Umweltbeziehungen auseinander. Der thematische Schwerpunkt wurde anschließend auf Energiewendethemen und insbesondere grünen Wasserstoff verlagert. In der Modellregion Heide und an der sogenannten Energieküste insgesamt sind wir nach 2 Tagen intensiver Vorbereitung in Kiel folgenden Fragen nachgegangen: Wir werden den regionalen und kommunalen Klimaschutz, die Rolle von grünem Wasserstoff für die Energiewende, sowie Lösungsansätze für die sozial-ökologische Krise gemeinsam mit aktiven Bürger*innen und relevanten Akteur*innen aus NGO’s, Politik und Verwaltung diskutieren und dabei folgende Fragen stellen:

  • Was bedeutet eigentlich sozial-ökologische Transformation?

  • Welche Lösungsansätze im Bereich des Klimaschutzes (und der Klimaanpassung) werden vor Ort verfolgt, welche nicht? Wie könnte sozial-ökologisch transformativer Klimaschutz aussehen und welche Konflikte könnten hiermit verbunden sein?

  • Mit welchen Zukunftsvorstellungen wird die Energiewende vorangetrieben und wie wirkt sich diese auf regionale Geographien in Nordfriesland aus?

Die Vernetzungen der Arbeitsgruppe mit den bisherigen Akteuren im Bereich grüner Wasserstoff in SH wurde durch alle Maßnahmen optimal gefördert. Es gab hochinteressante Forschungskontakte mit den Umsetzenden des Reallabors WESTKÜSTE100, u.a. der Regionalentwicklung Heide, der Raffinerie Heide und mit Vertreter:innen der Zivilgesellschaft, beispielsweise dem BUND, die zu den geplanten Projekten und Infrastrukturen arbeiten. 
Die leitende Professorin und Antragstellerin Silja Klepp konnte mit der H2Fonds-Förderung den Auftakt für einen neuen Forschungsschwerpunkt "Wasserstoff und Energiewende in SH" legen, der optimal an ihr Arbeitsfeld "Sozial-ökologische Transformation" anschließt. 

Einsatz von Wasserstoff für die Energiewende und den maritimen Bereich

Prof. Dr. Ulf Schümann - Fachhochschule Kiel

Hintergrund:

Der Einsatz von Wasserstoff für die Energiewende und den maritimen Bereich ist von immenser Wichtigkeit für das Ziel der CO2-Neutralität Deutschlands bis 2040 und wird meine Forschungsschwerpunkte im Bereich der Energietechnik die nächsten Jahre prägen. Vor drei Wochen haben ein Team aus der CAU, thyssenkrupp Marine Systems und der FH-Kiel, vertreten durch mich, eine Zusage für ein Forschungsprojekt im Bereich Wasserstoff erhalten. Dieses Forschungsprojekt „Captn Energy" ist ein 6-iähriges Forschungsprogramm, das im Rahmen der WiR Förderung des BMBF eingeworben wurde (noch nicht gestartet). Das mit einem Fördervolumen von 15 Mio € dotierte Projekt befasst sich inhaltlich mit der maritimen CO2-neutralen Energieversorgung von Schiffen und soll die Einführung u.a. von Wasserstoff im maritimen Bereich in der Region um Kiel und dem Nordostseekanal bis Brunsbüttel stärken.


Zielsetzung:

Es hat sich die einmalige Möglichkeit ergeben, im Rahmen einer „Unternehmerreise" der WTSH mit Schwerpunkt Energie - Wasserstoff & Speichertechnologie ins Silicon Valley zu reisen. Das Silicon Valley in den USA gilt als eine der weltweiten Innovationszentren für neueste Technologien. Diese Reise bietet eine ideale Möglichkeit, Innovationsideen aus den USA nach Schleswig-Holstein zu übertragen und so die Wirtschaft in der Region zu stärken. Zusätzlich können die Kontakte zu den Vertreterinnen und Vertretern der mitreisenden Unternehmen aus Schleswig-Holstein vertieft werden. Im wissenschaftlichen Bereich sind folgenden Besuche im Rahmen der WTSH Reise geplant:

1. UC lrvine - Treffen mit dem Forschungsteam um Dr. Jack Brouwer

2. Berkeley Lawrence - Treffen mit dem Forschungsteam um Adam Weber

3. Shell - Enge Forschung gemeinsam mit UC lrvine

4. SoCalGas - SoCalGas arbeitet zum einen eng mit der UC lrvine zusammen und hat zum anderen mehrere Forschungsgrants zum US-Earthshot abgegeben .

5. Toyota Fuel Cell Research Center - Besuch des Reallabors von Toyota North America Fuel Cell Research

6. AC Transit - AC Transit hat gemeinsam mit der Stanford University die 5x5 Studie (Zero-emission transit bus technology analysis)

Die fünf Tage der Reise sind voll ausgeplant und bieten keine Luft, um weitere Kontakte in der Region zu knüpfen. Aus diesem Grund plane ich weitere Termine vor Beginn der eigentlichen Delegationsreise und im Anschluss daran (Aufenthalt in Los Angeles (2 Arbeitstage) und einen längeren Aufenthalt von 4 Arbeitstagen in San Francisco). Dies würde dazu dienen, Kontakte zu schließen und mich persönlich weiterzubilden sowie Netzwerke auf- und auszubauen. Dazu zählen Besuche der Partnerhochschulen „San Francisco State University" sowie „University of San Francisco". Es soll versucht werden, Kontakte zu den Leistungselektronischen Instituten von Berkeley und Stanford aufzubauen als auch Inspiration zu bekommen und Kontakte im Silicon Valley zu knüpfen. Dies soll unter dem Aspekt der Städtepartnerschaft auch die Kooperation der Forschung im Bereich der Wasserstoffforschung vertiefen. Ich gehe davon aus, dass ich mit meiner Forschungstätigkeit z.B. mit Volkswagen, Siemens, Infineon und den aktuellen Wasserstoffaktivitäten zu einen interessanten Austauschpartner werde.

In den ca. 4,5 Monaten (bis Ende Februar) nach der Reise möchte ich aktiv den Austausch mit Interessierten aus Schleswig-Holstein suchen, um die gewonnen Inspirationen zu teilen, wie z.B. dem Fraunhofer ISIT oder den anderen Hochschulen in Schleswig-Holstein als auch möglichen Unternehmen. Das erworbene Wissen aus der Reise werde ich darüber hinaus im Anschluss für das bereits erwähnte Projekt „Captn Energy" nutzen, das der Region Kiel und Nord-Ostsee-Kanal zugutekommen wird.

Zusätzlich ist ein Antrag im Bereich Brennstoffzellen und DC/DC Wandler für maritime Anwendungen mit dem Titel „Innovative Brennstoffzellentechnologie und hoch effiziente Leistungselektronik auf einem autonom schwimmenden Versuchsträger" bei BmWK gestellt. Eine Bewilligung ist noch offen.

Die Erfahrungen der Reise werden bei einer Bewilligung ebenfalls in dieses 3-jährige Projekt eingehen. Durch meine Funktion als Sprecher der Forschungsschwerpunkte „Energie" und „Mobilität" der Fachhochschule Kiel hat die Reise auch innerhalb der Fachhochschule Kiel Multiplikationseffekte für weitere Aktivitäten im Bereich der Wasserstoffforschung.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Das Projekt Wasserstoff für die Energiewende finanzierte eine Delegationsreise zum Thema Wasserstoff an die Westküste der USA, nach Kalifornien mit ein paar zusätzlichen Tagen in denen eigene interessante Partner besucht wurden. Im Rahmen der Reise, vom 30.10.2022 bis zum 05.11.2022, haben sich 18 Teilnehmende aus Norddeutschland über fünf Tage mit verschiedenen Wasserstoff-Experten in Los Angeles, San Francisco und Sacramento verteilt auf 13 Standorte austauschen können. Das Ziel der Delegation war es, Akteure aus unterschiedlichen Ländern zusammenzuführen, um Unterschiede hinsichtlich der Erreichung von Klimazielen mit Hilfe von Wasserstoff zu beleuchten und diese zu reflektieren sowie eine Vernetzung herzustellen, um auch grenzübergreifende Kooperationen zu ermöglichen.

Zu den Teilnehmenden gehörten wichtige Player aus Schleswig-Holstein, Hamburg und Bremen sowie ein Teilnehmer aus Mecklenburg-Vorpommern. Mitreisende waren dabei aus unterschiedlichen Bereichen vertreten, wie aus dem Förder- und Ansiedlungsbereich als auch aus dem wissenschaftlichen Bereich wie dem Fraunhofer IFAM und wichtigen Firmen aus dem Bereich der Herstellung von Wasserstoff Komponenten oder Systemen.

Bei den besuchten Institutionen war die Bandbreite auch sehr breit, von Forschungseinrichtungen und Universitäten über Firmen bis zu Anwendern die eine Wasserstoffbusflotte betreiben.

Das Ziel meines Antrages war es über die Reise sowohl Knowhow im Bereich Wasserstoff zu gewinnen als auch eine Vernetzung mit den wichtigsten Akteuren in der Region zu erhalten. Dieses Ziel wurde voll erreicht.

Die bisherigen Forschungsaktivitäten von mir und meinem Team haben den Schwerpunkt der Leistungselektronikentwicklung. Dieser hat Schwerpunkte im Bereich der Elektromobilität als auch im Bereich der Energiewandler für erneuerbare Energien wie Solarinverter. Die Reise hat meine Kompetenzen im Bereich Wasserstoff wesentlich aufgewertet. Für mein Team und mich ergeben sich dadurch in den nächsten Jahren viele neue Themenfelder der Forschung.

Durch die Reise sind viele neue Kontakte entstanden mit denen gemeinsam über Förderungen gesprochen wird. Mit der Firma thyssenkrupp Marine Systems wurde ein Antrag im Bereich der Leistungselektronik für Brennstoffzellen beim Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gestellt, bei dem bereits eine Aufforderung zur Antragsstellung vorliegt.

Aus meiner Sicht war das Programm extrem wertvoll und wird meine Forschung im Bereich Wasserstoff die nächsten Jahre nachhaltig beeinflussen. Das entstandene Netzwerk wird dazu beitragen die Region durch gemeinsame Forschungsvorhaben in den nächsten Jahren voran zu bringen.

Ohne das Förderprogramm „H2Fonds – Zeit für Wasserstoff!“ wäre eine solche Reise in die USA und die Kontakte in der Form zu sämtlichen Akteuren im Land nicht möglich gewesen.

Laserstruktierierte Festoxidbrennstoffzellmembran-Elektroden-Einheit

Dr.-lng. Sören Kaps  – Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Hintergrund:

Herstellung einer Laserstruktierierten Festoxidbrennstoffzellmembran-Elektroden-Einheit Y-Zr02 Membranen werden in Brennstoffzellen als Ionenleiter und Separator verwendet. Ziel ist es diese energieeffizient, möglichst dünn in verschiedener Geometrie mittels eines Lasersinter-Prozesses herzustellen. Beim Lasersintern werden Hochtemperaturreaktionen genutzt, um die Membranen mit elektrisch leitfähigen Schichten für Kathoden- und Anodenseite zu versehen. Die Anforderungen an diese Schichten umfassen neben den elektrischen Eigenschaften die hohe mechanische Stabilität als auch Oxidationsstabilität um eine dauerhafte Anwendung in einer Festoxidbrennstoffzelle zu ermöglichen. Perspektivisch werden bei einer erfolgreichen Herstellung der leitfähigen Schichten die Membranen anschließend mit Katalysatoren belegt. Neben der Herstellung wird die Charakterisierung der Schichten die Kernaufgabe des Projektes darstellen. Die elektrische Leitfähigkeit der erstellten Schichten wird durch Strom-Spannungs-Messreihen erfasst und bewertet. Als begleitende Untersuchungsmethoden werden Optische- und Elektronenmikroskopie-Untersuchungen sowie dynamische als auch zyklische Heiztests zur Bestimmung der temperaturabhängigen elektrischen Eigenschaften durchgeführt. Diese Heiztests erlauben zudem eine erste Abschätzung der Stabilität als der Haltbarkeit der leitfähigen Schichten. Zur Vorbereitung eines EFRE Antrags mit dänischen Partnern von der Syddansk Universitet (SDU) sollen Treffen durchgeführt werden.
 

Zielsetzung:

Ziel der Maßnahme ist die Durchführung von Arbeiten an einer Festoxidbrennstoffzellmembran durch die erfolgreiche Umsetzung des Arbeitsplans mit finalem Proof-of-Concept. Der Indikator für eine erfolgreiche Zielerreichung ist die erfolgreiche, strukturierte Erstellung einer leitfähigen Schicht auf der Membranoberflächen mittels Lasersintern. Die Experimente werden in der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien von Prof. Rainer Adelung durchgeführt. Die Arbeitsgruppe verfügt über die entsprechenden Labore und Ausstattungen und ist Teil der Technischen Fakultät an der Christian-Albrechts-Universität (CAU) zu Kiel. Aufgrund der vorhanden Ausstattung werden neben Verbrauchsmitteln nur Sachkosten beantragt welche für eine Modifikation des bestehenden Laseraufbaus notwendig sind. Dies beinhaltet ein dynamisches Leistungsmessgerät welches zur Einstellung bei der Einkopplung der Laserleistung zwingend erforderlich ist. In der Arbeitsgruppe existieren Vorarbeiten im Bereich der Wasserstofftechnologie. Dies umfasst Wasserstoffsensoren als auch Arbeiten für die Entwicklung eines 3D-gedruckten Wasserstofftanks auf Graphenebasis im Rahmen des EU Projekts "FlagEra".

Neben der Forschung an dieser hochaktuellen Fragestellung stellt das geplante Projekt die Möglichkeit dar die Ausrichtung der Materialwissenschaft an der CAU Kiel weiter in Richtung von zukunftsweisenden Techniken zu schärfen. Es existiert seit kurzem bereits eine Lehrveranstaltung mit dem Titel "Advanced Energy Materials" welche die Ausrichtung der Materialwissenschaften an der CAU Kiel mehr in Richtung von Energie-Themen zeigen soll. Das geplante Projekt würde das Thema der Brennstoffzellen noch weiter in den Fokus bringen und könnte anschließend auch in der Lehre noch weiter als bislang berücksichtigt werden.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm & Forschungsergebnisse:

 

Auswahl und Lasereigenschaften der leitfähigen Beschichtungsmaterialien.

Festoxid Brennstoffzellen werden üblicherweise aus Yttrium-stabilisiertem Zirkondioxid (Y-Zr02) hergestellt, da diese über exzellente Sauerstoffleitfähigkeit bei hohen Temperaturen verfügen. Gleichzeitig handelt es sich hierbei aber um Keramiken, die selbst nicht leitfähig genug sind, um den durch die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff in der Brennstoffzelle gewonnenen Strom abzugreifen. Daher wurden in diesem Projekt Materialien ausgewählt, die sich direkt bei der Herstellung von Y-Zr02 mit diesem Material verbinden lassen und eine Leitfähigkeit ermöglichen. Aufgrund des hohen Schmelzpunkts und der Inkompatibilität von Metallen und dem keramischen Y-Zr02 ist es üblicherweise schwer, leitfähige Elektroden auf diesen Membranen aufzubringen. Ein Laserverfahren wurde ausgewählt, bei dem das Grundmaterial direkt aufgeschmolzen und mit dem Elektrodenmaterial verheiratet werden kann. Es wurde Titan als Trägermaterial ausgewählt, das über die Reaktion mit Stickstoff bei hohen Temperaturen zu der leitfähigen Nitridkeramik Titannitrid (TiN) reagiert. Ein Hochleistungs-0O2-Laser schmilzt das Y-Zr02 bei Temperaturen über 2700°C lokal auf. Dazu wurde ein Laserleistungsmessgerät angeschafft, mit dem die Leistung des Lasers gemessen, kalibriert und genau eingestellt werden konnte.
 

Herstellung der leitfähigen Schichten

Titanpulver (Partikelgröße ca 10 pm) wurde in dünnen Schichten auf den Y-Zr02 verteilt und anschließend wurden die Oberflächen bei einer Leistung von ca. 40-70 Watt auf einer Fläche mit einem Spot-Durchmesser von ca 100 pm mit dem Laser beleuchtet. Dieses Verfahren wurde unter verschiedenen Atmosphären durchgeführt (Spülung mit Druckluft, Stickstoff, Argon und Formiergas (d.h. 10% Wasserstoff und 90% Stickstoff)). Unter Druckluft reagiert das Titanpulver zu Titanoxid, das selbst keine Leitfähigkeit besitzt. Unter Stickstoff bildet sich das Monoxid von Zirkon (Zr0) aus, während das Titan weitestgehend verdampft. Erst unter Formiergasatmosphäre bildet sich eine dünne, goldene, leitfähige Schicht an TiN aus. Abhängig von der Dicke des beschichteten Titanpulvers, kann die Reaktion vollständig oder unvollständig ablaufen.
 

Untersuchung der beschichteten Y-Zr02 Proben hinsichtlich Morphologie, Stabilität und Leitfähigkeit

Das so hergestellte TiN auf Y-Zr02 ließ sich nicht durch mechanisches Kratzen entfernen. Die abkratzfeste Verbindung zwischen den beiden Keramiken ist mit anderen Verfahren so weit in der Literatur bekannt, nicht möglich. Die Schichten hatten eine Spurbreite, die ein wenig größer war als die Spotgröße, also ca. 1 mm. Durch rastern konnten auch flächige Schichten erzeugt werden. Zur Untersuchung des Haftungsmechanismus wurden elektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Mit dem gröberen (10 nm maximale Auflösung) Rasterelektronenmikroskop konnte das Interface zwischen TiN und Zr02 nicht mehr untersucht werden. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Lorenz Kienle aus dem Institut für Materialwissenschaft wurden Querschnitte
und Messungen im hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt werden. Diese ergaben, dass sich die beiden Keramiken in 3D durchdringen, sodass die Haftung über einen mechanischen Interlock Mechanismus funktioniert, der nicht auf die chemische Kompatibilität zwischen den beiden Keramiken angewiesen ist. Die Schichtdicke ist weniger 10 nm. Die Leitfähigkeit der Schichten ist im Bereich von wenigen Ohm, was für die sehr geringe Dicke der Schichten erstaunlich hoch ist. Das liegt an der hohen Grundleitfähigkeit von TiN.


Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die gesetzten Ziele innerhalb der Laufzeit erreicht werden konnten. Durch die Erforschung des Herstellungsmechanismus ergibt sich die Möglichkeit auch chemisch inkompatible Elektrodenmaterialien mit der Membran aus Y-Zr02 zu verbinden, was enormes Potential für die nächste Generation Festoxidbrennstoffzellen bietet.

Die Experimente wurden am Institut für Materialwissenschaft am Lehrstuhl für Funktionale Nanomaterialien von Prof. Dr. Rainer Adelung durchgeführt. Die Anschaffung des Laserleistungsmessgeräts befördert über dieses Projekt hinaus auch andere Aktivitäten, die mit dem direkten, lasergestützten 3D Druck von Keramiken wir Zr02 zu tun haben. Daher ist die Förderung durch den H2-Fonds exzellent geeignet um kleinskalige Projekte mit hohem Innovationspotential zu kickstarten.

Planung und Teilfinanzierung der Spring School - Hydrogen Technology 2023

Prof. Dr. Oliver Opel - Fachhochschule Westküste

Prof. Dr. Gunther Gehlert - Fachhochschule Westküste

Zielsetzung:

Ziel der Maßnahme ist die Durchführung der "Spring School – Hydrogen Technology 2023". Im Rahmen der gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Hereon und den DLR-Instituten für vernetzte Energiesysteme und maritime Energiesysteme geplanten Veranstaltung sollen an 5 Tagen folgende Bereiche für ein internationales Publikum als wissenschaftliches Kolloquium thematisiert werden:

Erfahrungsberichte zu Wasserstoff (Grundlagen) inklusive Erzeugung
Speicherung und Kompression von Wasserstoff
Wasserstoff-Distribution und –Infrastruktur
Wasserstoff-Derivate/-Träger/eFuels
Nutzung in verschiedenen Anwendungen (auch Brennstoffzelle + …)
Zukünftige Versorgungsstrategien zum Import erneuerbarer Energien
Regulatorische Vorgaben für die Integration 

Weiterhin sind geplant:

Exkursion (Hereon & DLR, alt. Clean Logistics)
Pitch-Talks und Poster-Session
 

Infos zum Vorjahr:

Die in 2022 bereits als online-Veranstaltung durchgeführte Spring School mit über 100 internationalen Teilnehmerinnen und Teilnehmern soll in 2023 in Präsenz in Lauenburg veranstaltet werden. 

Ziel ca. 50 Teilnehmer (+25 Referenten)

MSc Studierende bzw. Doktoranden aus dem Bereich H2 oder mit Interesse an H2-Forschung sollen bevorzugt angesprochen werden.

Die Veranstaltung wird seitens der FH Westküste für die internationale Vernetzung genutzt, mit der Spring School wird zum einen der internationale Stand des Wissens zusammengetragen und nach Schleswig-Holstein geholt, zum anderen dient die Veranstaltung der Verbreitung dieses Wissens - auch und vor allem für interessierte Studierende und Forscherinnen und Forscher im Land.

Wir sehen die Veranstaltung daher als wesentlichen Baustein für den Auf- und Ausbau der Wasserstoff-Expertise in Schleswig Holstein auf internationalem Niveau. 

Die Fachhochschule Westküste möchte mit ihrer Beteiligung ihrer Rolle als auf dem Gebiet der Energie- und insbesondere sektorenübergreifenden Wasserstoffforschung engagierte Hochschule gerecht werden und einen Beitrag zur Entwicklung dieses Gebietes leisten.

Erfahrungen der Veranstalter:innen der Hydrogen Springschool 2023

Mit großem Erfolg wurde vom 27. bis zum 31. März 2023 zum zweiten Mal die „Spring School Hydrogen Technology“ durchgeführt, gemeinschaftlich organisiert vom Helmholtz-Zentrum Hereon, dem DLR-Institut für Maritime Energiesysteme in Geesthacht, dem DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme in Oldenburg sowie der Fachhochschule Westküste in Heide. Finanziell unterstützt wurde die Veranstaltung von HY.SH, dem Zentrum für Hochleistungsmaterialien Hamburg, der Wasserstoffgesellschaft Hamburg, den Firmen GKN Hydrogen GmbH, HYDAC GmbH, und Wintershall DEA AG, sowie vom Fachjournal HZwei.

Nachdem im vergangenen Jahr die Teilnehmer Corona-bedingt nur online den Vorträgen der gut 40 Referenten aus Industrie und Wissenschaft folgen konnten, fand die Spring School diesmal live in der „Zündholzfabrik“ in Lauenburg/Elbe statt. 42 Referenten aus Forschung und Industrie präsentierten den etwa 50 Teilnehmenden die ganze Spannbreite der Wasserstoffwirtschaft: von der Erzeugung und Import über Speicherung und Transport hin zu Distribution und Nutzung in mobilen und stationären Anwendungen. Intensiv diskutiert wurde nicht nur direkt im Anschluss an die Vorträge, sondern auch während der Pausen und sogar den Abendstunden. Dabei ging es um die Chancen und Risiken sowie die verschiedenen Entwicklungspfade hin zu einer klimaneutralen Wasserstoffwirtschaft und Ersatz der heutigen fossilen Kraftstoffe in den verschiedenen Nutzungsarten.

Erstmals konnten auch die Teilnehmenden in 3-minütigen Pitchtalks ihre eigene Forschung präsentieren, die von einer unabhängigen Jury bewertet und prämiert wurden. Die drei besten Beiträge berichteten von „Neuen Wasserstoffspeichern für Brennstoffzellen-PKW“ (Maximilian Passing), „2D MoS2 basierte Nanokatalysatoren für die Wasserstofferzeugungsreaktion in Elektrolyseuren (Raquel Aymerich-Armengol), sowie „Modellierung von Metallhydriden für systematische Eigenschaftsoptimierung“ (Archa Santosh). Alle Nachwuchswissenschaftler*innen stellten eindrucksvoll unter Beweis, dass wir weiterhin auf ihre neuen zündenden Ideen für unsere nachhaltige Zukunft mit Wasserstoff bauen können.

Abgerundet wurde das Programm mit einem Besuch in der Hitzler-Werft in Lauenburg, wo derzeit das neue Forschungsschiff „Coriolis“ des Hereon entsteht, dass für einen emissionsfreien Beitrieb ein Wasserstoffenergiesystem an Bord haben wird.

Auf Grund des äußerst positiven Feedbacks der Teilnehmenden und der Referenten sind sich die Organisatoren einig – auch in 2024 wird es wieder eine Spring School Hydrogen Technology geben, dann auf Grundlage von hilfreichen Hinweisen von den Teilnehmenden mit weiteren neuen Elementen und – wie immer – mit den neuesten Entwicklungen aus der Wasserstofftechnologie.

Das vor zwei Jahren entwickelte Format der Spring School für Wasserstoff-Technologien hat in Deutschland ein Alleinstellungsmerkmal mit diesem Themenschwerpunkt. Für die zukünftigen Herausforderungen rund um das Thema Wasserstoff war es hilfreich, die entsprechenden Kenntnisse an die weit über 40 freiwillig teilnehmenden internationalen Absolventen zu vermitteln.

Link

 

Ansprechpartnerin:

Martina Grünwald

martina.gruenwald@hereon.de

(04152) 87 1784

Erzeugungsmöglichkeiten & Effekte von nachhaltigem Wasserstoff aus Offshore-Windenergie auf das Energiesystem

Jonathan Hanto - Europa-Universität Flensburg

Zielsetzung:

Das Projekt "Erzeugungsmöglichkeiten & Effekte von nachhaltigem Wasserstoff aus Offshore-Windenergie auf das Energiesystem" ist ein über 6 Monate laufendes, von der EKSH gefördertes Forschungssemester. 

Die potenzielle Rolle von Wasserstoff bei der Transformation des Energiesystems stößt derzeit auf zunehmendes Interesse. Viele EU-Mitgliedstaaten haben detaillierte nationale Strategien entwickelt, welche das Potenzial von Wasserstoff aufzeigen, eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung des Energiesystems zu spielen. Schleswig-Holstein will europaweit eine Vorreiterrolle bei der Erzeugung, Verteilung und Nutzung von grünem Wasserstoff einnehmen. Ein Hauptgedanke besteht darin, Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen zu erzeugen und ihn anschließend in unterschiedlichen Sektoren und Verbrauchsbereichen einzusetzen, in denen strombasierte Lösungen weniger geeignet sind. Hierbei kann gerade Offshore-Windenergie im Nordseeraum eine besonders wichtige Rolle spielen.

Zur Untersuchung der Erzeugungsmöglichkeiten und Effekte von nachhaltigem Wasserstoff aus Offshore-Windenergie auf das Energiesystem, legt das Forschungssemester einen besonderen Schwerpunkt auf die folgenden Forschungsfragen:

(i) Wie viel Wasserstoff wird für kostengünstige Dekarbonisierungspfade des deutschen und des europäischen Energiesystems benötigt?

(ii) Welche Potenziale ergeben sich für Deutschland in den verschiedenen Nachfragesektoren und welche Rolle kann Offshore-Windenergie aus dem Nordseeraum und Schleswig-Holstein dabei spielen?

(iii) Wie verhalten sich die inländische Produktion und Wasserstoffimportmengen für Deutschland unter verschiedenen Szenarioannahmen?

Diese Forschungsfragen sollen unter Anwendung des Global Energy System Models (GENeSYS-MOD) beantwortet werden. GENeSYS-MOD ist ein kostenoptimierendes, technisch-ökonomisches, lineares Modell zur Analyse der Transformation des Energiesystems, das auf dem Open-Source Energy Modeling System (OSeMOSYS) aufbaut. Neben dem Stromsektor umfasst GENeSYS-MOD auch andere Sektoren, wie z.B. den Industrie-, Gebäude- und Transportsektor. Dies ermöglicht eine Bewertung von Sektorenkopplungsaspekten in zukünftigen Energiesystemen und deren Auswirkungen auf die Entwicklung von Strom, Wasserstoff und anderen Energieträgern.
 

Info & Kontakt

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm & Forschungsergebnisse:

Im Rahmen des geförderten Forschungssemesters zu dem Thema „H2-Offshore - Erzeugungsmöglichkeiten & Effekte von nachhaltigem Wasserstoff aus Offshore-Windenergie auf das Energiesystem“ wurde Jonathan Hanto eine umfangreiche Einarbeitung in das Forschungsthema ermöglicht sowie die Grundlage für weiterführende Forschungs- und (Energiesystem-)Modellarbeit zu dem für Schleswig-Holstein und dem Nord- und Ostseeraum relevanten Forschungsthema geschaffen.

Während der Förderung lag der Fokus insbesondere darauf, die europäischen Modellergebnisse um weiterführende Details im Bereich des Nordseeraums und Schleswig-Holsteins zu ergänzen. Diese Regionen wurden in der bisherigen Modellierung nur grob oder gar nicht dargestellt. Durch eine datenbasierte quantitative Analyse konnte Jonathan Hanto neue Erkenntnisse gewinnen, die besonders technische, politische und wirtschaftliche Aspekte der Produktion, des Transports und der Speicherung von Wasserstoff berücksichtigen. Es wurden neue Technologien zur besseren Darstellung von Wasserstoff in das Global Energy System Model (GENeSYS-MOD) eingebaut und die Nachfragen (auch nicht energetische) recherchiert und überarbeitet. Weiterhin wurden die aktuellen politischen Ziele eingearbeitet, welche die Wichtigkeit der Erforschung und Planung einer grünen Wasserstoffwirtschaft in Schleswig-Holstein, die von dem umfangreichen Ausbau der Offshore-Windenergie angetrieben wird, nochmals unterstreichen. Aktuell befindet sich die Modellarbeit in der Feinabstimmung der einzelnen Eingabeparameter, um eine realistische Darstellung der Wasserstoff-Wertschöpfungskette zu gewährleisten. Im Folgenden werden dann die Potenziale von Wasserstoff im Nordseeraum, für Schleswig-Holstein und für ganz Deutschland modelliert. Weiterhin soll die zentrale Produktion von Wasserstoff am Ort der Produktion (Windkraftanlage) mit der dezentralen Produktion am Ort der Nutzung verglichen werden und die daraus folgenden (Skalen-)Effekte für den Strom- bzw. Wasserstofftransport untersucht werden. Es wurde bereits mit dem Verfassen eines detaillierten Berichts begonnen, der nach Fertigstellung der Modellierungsarbeit als Teil von Herrn Hantos kumulativer Dissertation in ein wissenschaftliches Paper überführt, in einem Open Access Journal veröffentlicht und anschließend der HY.SH und Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wird.

Die enge Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin und insbesondere mit der Forschungsgruppe Energiesystemmodellierung aus der Abteilung Energie- und Umweltmanagement (EUM) an der Europa-Universität Flensburg (EUF) war äußerst fruchtbar. Die Expertise und der fachliche Austausch u.a. mit der Kollegin und ehemaligen H2Fonds-Empfängerin Marina Blohm innerhalb der Forschungsgruppen an der EUF haben zu wertvollen Erkenntnissen und neuen Perspektiven geführt.
Darüber hinaus konnte mit anderen Akteuren in Schleswig-Holstein zusammengearbeitet werden, um die Forschungsergebnisse zu validieren und zu erweitern. Erste Modellergebnisse konnten auf dem Dialogforum grüner Wasserstoff am 02.05.2023 auf Helgoland in Form einer Präsentation mit dem Titel „Wind-Offshore Potenziale im Nordseeraum im Kontext der Energiewende bis 2050“ vorgestellt und diskutiert werden. Im Anschluss der Veranstaltung konnten Kontakte mit den anderen Präsentierenden und einigen der Anwesenden geknüpft werden.

Hervorzuheben ist die Relevanz des Forschungssemesters für das Promotionsvorhaben und die weitere Karriere von Herrn Hanto. Insbesondere die Themenbereiche Wasserstoffwirtschaft und Windenergie im Nordseeraum sind hochrelevant und aktuell, und gemeinsam mit anderen Promovierenden an der Europa-Universität Flensburg sollen in Zukunft Kooperationen, Publikationen und Projektanträge vorangetrieben werden. Dabei sollen bestehende Kontakte zu Forschenden an der Norwegisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Universität (NTNU) in Trondheim und der Technischen Universität von Dänemark (DTU) gestärkt werden.

Das abgeschlossene Forschungssemster hat Herrn Hanto sowohl persönlich als auch fachlich bereichert. Durch die Freistellung wurde es Herrn Hanto ermöglicht, seine Forschung im Bereich der nachhaltigen Energiesysteme voranzutreiben und neue Erkenntnisse zu generieren. Die erweiterte Modellierung des Nordseeraums und Schleswig-Holsteins trägt dazu bei, ein umfassenderes Verständnis der Erzeugungsmöglichkeiten und Effekte von nachhaltigem Wasserstoff aus Offshore-Windenergie auf das Energiesystem zu erlangen. Herr Hanto ist sehr dankbar für die Unterstützung durch das Stipendium, durch die Mitarbeitenden des HY.SH und für die wertvollen Erfahrungen, die während dieser Zeit gesammelt wurden.
Das Förderprogramm "H2Fonds - Zeit für Wissenschaft" eröffnet Wissenschaftler:innen die Möglichkeit, sich mit individuellen und aktuellen Fragestellungen im Bereich der Wasserstoffforschung auseinanderzusetzen. Das Besondere an diesem Programm ist, dass die Beantragung sehr unkompliziert ist und die Forschenden selbst gewählte und sehr individuelle Themen bearbeiten können - eine Seltenheit in der Wissenschaft. Das Programm ist eine außergewöhnliche Möglichkeit für Promovierende, ihr Profil zu schärfen, Forschungsvorhaben anzustoßen und bedeutend zu vertiefen.

Abstimmung zur Materialentwicklung in den Bereichen Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Wasserstoffspeicherung mit internationalen Forschungseinrichtungen

Prof. Dr. Olaf Magnussen – Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Zielsetzung:

Die Maßnahme soll die Zusammenarbeit im Bereich der Materialentwicklung für Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Wasserstoffspeicherung fördern. Hintergrund sind aktuelle Aktivitäten der Arbeitsgruppe von Prof. Magnussen wie auch anderer CAU Arbeitsgruppen in diesem Bereich.

Diese Aktivitäten liegen erstens im Themenbereich des CAU Forschungsschwerpunkts "Kiel Nano, Surface, and Interface Science (KiNSIS}", dessen Sprecher Prof. Magnussen gemeinsam mit Prof. Adelung von 2013 bis 2019 war und in dem er weiterhin aktiv mitwirkt. Zweitens ist Prof. Magnussen seit 2020 in der Kieler CAPTN Initiative aktiv und hat hier als Teil des Konzeptteams den CAPTN Future Antrag auf einen BMBF Zukunftscluster mit vorbereitet, speziell Projektteile, die auf die Entwicklung sauberer H2-basierter Schiffsantriebe abzielen. Drittens und für das vorliegende Vorhaben am relevantesten liegt ein Großteil seiner Forschungsaktivitäten in der Anwendung von Synchrotronstrahlung auf Fragestellungen im Bereich Wasserstofftechnologie. Hier befördert Prof. Magnussen als Mitglied des Ruprecht-Hänsel-Labors der CAU aktiv die Zusammenarbeit mit DESY. Neben der Weiterentwicklung von Instrumentierung und Methoden im Rahmen von BMBF Projekten war er in den letzten Jahren insbesondere an den Planungen für die zukünftige Synchrotronquelle PETRA IV und für das Center for Molecular Water Science {CMWS) am DESY aktiv beteiligt {an letzterem als Spokesperson für "Pillar 3: Water in energy research and technology"), die für die zukünftige Wasserstoffforschung im norddeutschen Raum von hoher Relevanz sind. Außerdem vertritt Prof. Magnussen gemeinsam mit Herrn Prof. Berger Schleswig-Holstein im Forschungsnetzwerk Wasserstoff und in der Themengruppe Wasserstoff der Norddeutschen Wissenschaftsministerkonferenz.

Die geplanten Maßnahmen sollen Prof. Magnussen dabei unterstützen, diese Aktivitäten im Rahmen seines ab April 2022 geplanten Forschungssemesters weiter zu entwickeln. Prof. Magnussen möchte diese Zeit für den Ausbau internationaler Kooperationen und der Weiterentwicklung von Projekten sowie der Fortbildung auf dem Bereich der Wasserstofftechnologie nutzen, wofür er in diesem Antrag entsprechende Reisemittel beantragt. Speziell steht dabei die Weiterentwicklung von Forschungsansätzen zu synchrotronbasierter Wasserstoffforschung im Zentrum, die für die Kooperation der CAU mit DESY in diesem Bereich von hoher Relevanz sind.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Ziel der Maßnahme war eine Unterstützung mit Mitteln für verschiedene Dienstreisen, die ich m Rahmen meines ab April 2022 laufenden Forschungssemesters zu Themen im Bereich Wasserstoff durchführte. Damit sollten zum einen konkrete Kooperationen meiner Gruppe im Bereich der Entwicklung von Elektrodenmaterialien für Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Wasserstoffspeicherung gefördert werden. Zum anderen dienten diese Reisen der Anbahnung der allgemeinen Zusammenarbeit in der Wasserstoffforschung innerhalb Schleswig-Holsteins und Norddeutschland, um die ich mich als Vertreter Schleswig-Holsteins in der Themengruppe Wasserstoff der Norddeutschen Wissenschaftsminister*innenkonferenz (NWMK) kümmere. Konkret wurden folgende Maßnahmen durchgeführt (aufgeführt in chronologischer Reihenfolge):

1) In einer Reise an die European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankreich (9.4.-24.4.22) wurden erfolgreich erste operando Messungen von Dehydrierungskatalysatoren für Wasserstoffspeicherung in flüssigen organischen Trägern durchgeführt. Dieser Aufenthalt ermöglichte auch Einarbeitung und Projektbesprechungen mit einer an der ESRF stationierten neuen Doktorandin, die dieses Projekt in Zusammenarbeit mit der Firma Hydrogenious durchführt.

2) Ein Forschungsaufenthalt an der University of Victoria, Kanada (15.5.-3.6.2022) ermöglichte sehr intensive Diskussionen mit meinen Kooperationspartnern Prof. D. Harrington und Dr. J. Drnec über unsere gemeinsamen Untersuchungen der Degradationsmechanismen von Platinkatalysatoren in Brennstoffzellen. Diese Diskussionen dienten der Vorbereitung von 3 wissenschaftlichen Publikationen, von denen eine bereits eingereicht und derzeit bei Nature Communication unter Begutachtung ist. Zusätzlich diente der Aufenthalt dem Besuch des 241th Electrochemical Society Meetings in Vancouver, auf dem ich mich über zahlreiche Neuentwicklungen im Themenfeld Wasserstofftechnologie informieren konnte.

3) In einem von mir mitorganisiertem Workshop der NWMK Themengruppe Wasserstoff in Hannover (8.-9.6.2022) wurden viele neue Kontakte in der norddeutschen wissenschaftlichen Community geknüpft und einige gemeinsame überregionale Initiativen gestartet. Speziell entwickelte sich daraus eine Gruppe, die den Austausch und gemeinsame Aktivitäten im Bereich Nachwuchsförderung voranbringen will.

4) Die Ergebnisse der Themengruppe Wasserstoff wurden auf der NWMK Tagung in Hamburg (19.9.2022) vorgestellt und Kontakte zu anderen Themengruppen im Bereich Energieforschung hergestellt.

5) Auf dem von HY.SH organisierten H2-Forschungssymposium in Heide (8.-9.9.22) wurde die Zusammenarbeit mit Akteuren in Schleswig-Holstein vorangetrieben. Speziell entstanden dadurch neue Kontakte zu Kollegen an der FH Westküste (insbes. Prof. O. Opel).

 

Fazit:

Insgesamt waren die durch die H2Fonds Förderung ermöglichten Reisen von großem Nutzen sowohl für laufende eigene Forschungsaktivitäten als auch für die Netzwerkbildung im norddeutschen Raum. Ich halte die Fortführung dieses Programms daher für sehr wichtig und habe bereits mehreren Kolleg*innen empfohlen, diese Fördermaßnahme zu nutzen.

Erfolgskriterien für den Aufbau einer nachhaltigen Produktion von grünem Wasserstoff

Marina Blohm - Europa-Universität Flensburg

Zielsetzung:

Auch wenn in Schleswig-Holstein noch keine funktionierende Wasserstoffkreislaufwirtschaft etabliert ist, gibt es bereits viel Erfahrung in Bezug auf die Planung und den Bau zum Beispiel von Elektrolyseuren und Wasserstofftankstellen. Ziel dieses Projektes ist die Erforschung der derzeitigen Realisierungspraxis und die darauf aufbauende Entwicklung von Nachhaltigkeitskriterien zur Produktion von grünem Wasserstoff.

Es ist geplant, mit verschiedenen Stakeholdern aus Schleswig-Holstein aus den Bereichen Industrie, Zivilgesellschaft und Politik Interviews über die derzeitige Realisierungspraxis von Wasserstoffproduktionsstätten und Wasserstofftankstellen durchzuführen. Ziel ist die Identifikation von konkreten Kriterien, die diese Realisierung nachhaltiger gestalten. Nachhaltigkeit in diesem Zusammenhang bezieht sich auf eine technisch und ökonomisch sinnvolle, sozial gerechte und umweltfreundliche Produktion von aus erneuerbaren Ressourcen stammenden Wasserstoff, der in nicht elektrifizierbaren Anwendungen zum Einsatz kommen soll, um den bestmöglichen Beitrag zur Energiewende zu leisten. Die Ergebnisse der Interviews in Kombination mit der Recherche über Kriterien der Nachhaltigkeit resultieren in der Entwicklung von Nachhaltigkeitskriterien.

Im zweiten Schritt werden die erarbeiteten Kriterien auf das Land Marokko übertragen, welches als mögliches Wasserstoffimportland infrage kommt. Beide Länder haben diesbezüglich bereits eine Absichtserklärung unterschrieben und arbeiten an der Ausgestaltung der Partnerschaft. Aufgrund unterschiedlicher Gegebenheiten der beiden Länder müssen die Kriterien auf die Bedürfnisse vor Ort angepasst werden.

Die konkrete Forschungsfrage lautet: Wie kann eine nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff erreicht werden, indem technisch und ökonomisch relevante, sozial gerechte und umweltfreundliche Kriterien berücksichtige werden (Nachhaltigkeitskriterien)?
 

Info & Kontakt

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm & Forschungsergebnisse:

Das geförderte Forschungssemester zum Thema „Nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff“ ermöglichte Marina Blohm die fokussierte Einarbeitung und Bearbeitung des für Schleswig-Holstein relevanten Forschungsthemas.

Inhaltlich hat Frau Blohm die Möglichkeit erhalten mit einer Vielzahl von Akteuren des Schleswig-Holsteinischen Wasserstoffmarktes ins Gespräch zu kommen und insgesamt 14 Interviews über eine nachhaltige Produktion von Wasserstoff zu führen. Die Interviewpartner waren sowohl aus bzw. in Schleswig-Holstein als auch in Marokko tätige Akteure. Die Analyse der Marokkanischen Energietransformation ist Teil der Promotion von Frau Blohm und aufgrund der zwischen Deutschland und Marokko im Jahr 2020 geschlossenen Wasserstoffpartnerschaft über den Import von grünem Wasserstoff aus Marokko nach Deutschland ein relevantes und aktuelles Forschungsthema, auch für Schleswig-Holstein. Die inhaltlichen Diskussionen mit den Interviewpartnern waren sehr verschieden und wichen insbesondere bei Nachhaltigkeitsthemen ab. In Schleswig-Holstein ist der Aufbau einer grünem Wasserstoffwirtschaft bereits in vollem Gange und aufgrund des hohen Entwicklungsgrades spielen hauptsächlich eine gesteigerte Wertschöpfung im Land eine Rolle. In Marokko liegt der Fokus beim Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft dagegen einerseits auf der gezielten Nutzung des grünen Wasserstoffs zur Reduktion von umweltschädlichen Importen, als auch auf umweltbezogenen Themen, wie zum Beispiel die zusätzliche Entsalzung von Meerwasser. Die Interviews wurden alle online durchgeführt, weshalb die beantragte Unterstützung für Reisekosten nicht in Anspruch genommen werden musste. Zur Ergebnisdokumentation hat Frau Blohm begonnen einen wissenschaftlichen Artikel zu verfassen, welcher bis Ende 2022 bei einem open access Journal eingereicht werden sollen. Die erste Version des Artikels konnte während der 6 Monate erarbeitet werden und die Überarbeitungen und Verbesserungen werden in den darauffolgenden Monaten vorgenommen. Sobald der Artikel veröffentlicht ist, wird er selbstverständlich dem HY.SH zur Verfügung gestellt. Inhaltlich beschreibt der Artikel die Entwicklung von Nachhaltigkeitskriterien für die Produktion von grünem Wasserstoff basierend auf den durchgeführten Interviews und die Bewertung der Wasserstoffstrategien von Schleswig-Holstein und Marokko. Methodisch konnte sich Frau Blohm aufgrund der vielen durchgeführten Interviews ebenfalls weiterentwickeln und ihre neu gewonnenen Kompetenzen für die weiteren Publikationen ihrer Promotion sehr gut nutzen.

Neben der wissenschaftlichen Arbeit ermöglichte die Freistellung Frau Blohm die Fokussierung auf ihr Forschungsthema und die Identifizierung von zukünftig relevanten Forschungsfragen im Bereich der Wasserstoffforschung. In Bezug auf ihre Promotion war die Absolvierung dieses Forschungssemesters sehr positiv, da die Bearbeitung von administrativen Aufgaben im normalen Arbeitsalltag viel Zeit in Anspruch nimmt. Diese Aufgaben konnten innerhalb des 6-monatigen Forschungssemesters jedoch durch eine Vertretung erledigt werden und die Zeit wurde voll und ganz für die Forschung genutzt. Der genannte wissenschaftliche Artikel ist ein Baustein der kumulativen Promotion von Frau Blohm.

Aufbauen auf den gewonnenen Erkenntnissen und geknüpften Kontakten wird nun ein größeres Forschungsprojekt erarbeitet, welches über Drittmittel finanziert werden soll. Das aufgebaute Netzwerk zu verschiedenen Akteuren der grünem Wasserstoffwirtschaft in Schleswig-Holstein und Marokko kann sowohl für das neu geplante Drittmittelprojekt als auch für die weitere Karriere nach der Promotion relevant sein. Frau Blohm wird auch in Zukunft Kontakt zu einigen Wasserstoffakteuren in Schleswig-Holstein halten und sich für den Aufbau einer grünen, nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft engagieren.
 

Fazit:

Das Förderprogramm "H2Fonds - Zeit für Wissenschaft" bietet grundsätzlich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Möglichkeit, sich individuellen und aktuellen Fragestellungen der Wasserstoffforschung zu widmen. Die sehr unkomplizierte Beantragung und die Bearbeitung von selbst gewählten und sehr individuellen Themen ist sehr selten in der Wissenschaft und ermöglicht insbesondere Promotionsstudentinnen und -studenten die Möglichkeit, ihre individuellen Forschungsthemen zu bearbeiten. Die geänderten Richtlinien in Bezug auf Förderbedingungen sind sehr positiv für die Vielzahl befristet angestellte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern.

Für die Förderung und die tatkräftige Unterstützung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des HY.SH möchten wir uns ganz herzlich bedanken.

 

Publikation

Durchführung eines wissenschaftlichen Symposiums zum Thema Wasserstoff für Forschende

Prof. Dr. Oliver Opel - Fachhochschule Westküste

Hintergrund:

Aufgrund der Corona-Pandemie war es bisher nach dem offiziellen HY.SH-Projektstart am 01.10.21 nicht möglich, eine Eröffnungsveranstaltung im Sinne eines Kick-Offs durchzuführen. Bis in das Frühjahr 2022 hinein scheint sich dieses Hemmnis fortzusetzen. Dementsprechend sind die Hochschulen mit den Arbeiten insbesondere im H2Fonds bereits fortgeschritten, so dass zum einen eine rein repräsentative Veranstaltung nicht mehr angemessen erscheint und zum anderen möglicherweise bereits erste Ergebnisse präsentiert werden können. Es erscheint daher sinnvoll, ein "Kick-On" zu veranstalten, für das die Hochschulen bereits verantwortlich zeichnen ("Kick-Off" + "Go-On" wird zu "Kick-On"). Diese Aufgabe will die FH Westküste als die PtX-Partnerin im Hochschulverbund der EEK.SH gerne übernehmen.

 

Zielsetzung:

Ziel der Maßnahme ist die Intensivierung der Netzwerkbildung zum Thema Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein. Dazu soll ein Hochschul-Workshop veranstaltet werden, bei dem naturwissenschaftlich-technische, rechtliche, wirtschaftliche und sozialwissenschaftliche Fragestellungen aufgegriffen werden, um mit Blick auf potenzielle Projekte Themen zu sichten und Konsortien zu bilden.

Der vorliegende Antrag soll der Finanzierung dieser Maßnahme dienen. Ein genauer Termin kann noch nicht festgelegt werden, grundsätzlich würde sich aber ein Zeitraum im April oder September eignen. Die Entscheidung soll spätestens Ende Februar 2022 fallen. Für die vier genannten Themengebiete soll jeweils eine Patin bzw. ein Pate aus einer der Hochschulen in SH gefunden werden, die oder der den entsprechenden Themenblock betreut. Die vier Themenblöcke sollen den Tag über verteilt werden und jeweils aus einem eingeladenen Einführungsvortrag und drei kurzen Fachvorträgen bestehen, jeweils zusammengenommen ca. 90 min. Eine Bewirtung der Gäste erscheint daher als angemessen, die Teilnehmerzahl soll auf 80 begrenzt werden. Ein Abweichen von dieser Planung kann ggf. erforderlich werden und würde dann mit der EKSH abgestimmt.

Die Räumlichkeiten will die FH Westküste kostenfrei stellen. Es wird aber dennoch eine Raummiete angesetzt, weil je nach Corona-Lage ein Ausweichen in größere Räumlichkeiten erforderlich werden könnte (z.B. Stadttheater oder Tivoli in Heide). Ggf. kann eine Exkursion zur Raffinerie Heide erfolgen, um dort den Aufbau der vermutlich dann europaweit größten Wasserelektrolyse sowie der einzigen Wasserstoffkaverne zu diskutieren.

Der Ansatz für die Sachmittel ergibt sich wie teilweise bereits dargestellt aus dem Versand von Einladungsschreiben, Info-Material mit "Erinnerungswert", der Übernahme von Reisekosten (keine Honorare vorgesehen), dem Catering für den gesamten Tag sowie ggf. Raummiete falls extern. Die Dokumentation soll online bereitgestellt werden.

Der Erfolg der Maßnahme lässt sich aus der Teilnehmeranzahl und der Dokumentation des Tagungsverlaufs und der Ergebnisse bemessen.

Erfahrungen zum H2Fonds-Förderprogramm:

Mehr als 60 Energieforschende kamen zum ersten Forschungssymposium Wasserstoff an der Fachhochschule Westküste zusammen, um sich über die strategische Ausrichtung der Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein auszutauschen. Es nahmen sowohl Forschende der HY.SH Partnerhochschulen als auch von außeruniversitären Forschungseinrichtungen wie dem IfW, hereon oder DLR.

Die zweitägige Veranstaltung begann mit kurzen Impulsvorträgen aus verschiedenen Themenbereichen der Wasserstoffforschung. Diese Impulse stammten von führenden Wasserstoffforschenden des Landes Schleswig-Holstein. Die FH Westküste hatte mit drei von acht Fachvorträgen einen entscheidenden Anteil am fachlichen Input. Darüber hinaus möchten wir  den externen Sprecher:innen herzlich danken einen Beitrag zu unserem Symposium in Heide geliefert zu haben.

In der offenen Diskussion verständigten sich die Forschenden über die nächsten gemeinsamen Schritte, um den Forschungsstandort Schleswig-Holstein im Energiewendebereich weiter zu stärken. Die Diskussion wurde netterweise von Prof. Dr. Olaf Magnussen von der CAU zu Kiel moderiert.

Mit dem H2Fonds verfügt das HY.SH bereits über ein zielgerichtetes Förderprogramm zum Aufbau von weiterer Wasserstoff-Fachkompetenz für Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler in Schleswig-Holstein. Dennoch rückte die Entwicklung einer Strategie zur Ausbildung von Fachkräften in den Fokus der Diskussion. Schließlich hat Schleswig-Holstein aufgrund seiner geografisch günstigen Lage die Möglichkeit beim Markthochlauf von grünem Wasserstoff eine führende Rolle einzunehmen. Für den Aufbau dieses neuen Wirtschaftssektors werden viele Fachkräfte benötigt. Woher diese stammen sollen, ist eine offene Fragestellung und stellt eine große Herausforderung für unser Bundesland dar.
Die Vorträge des Symposiums und der Exkursion wurde allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern zur Verfügung gestellt. Zudem wurde ein Eventfilm gedreht, der als Werbung für eine mögliche Wiederholung der Veranstaltung an einer anderen Partnerhochschule des HY.SH dienen soll.
 

Fazit:

Die H2Fonds-Förderung hat sich hervorragend für die Finanzierung eines wissenschaftlichen Symposiums zur Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein geeignet. In Zukunft werden die Forschungseinrichtungen gemeinsam ein besonderes Augenmerk auf die Fachkräfteausbildung innerhalb der Wasserstoffforschung in Schleswig-Holstein legen. Das HY.SH plant die Symposien in regelmäßigen Abständen und an verschiedenen Forschungseinrichtungen des Landes Schleswig-Holstein zu wiederholen, um einen regelmäßigen Austausch zu ermöglichen und somit diesen Prozess zu koordinieren und zu unterstützen. Es würde mich als Projektkoordinator daher sehr freuen, wenn weitere Partnerhochschulen des Landes Interesse daran hätten dieses Format in den Folgejahren in Kooperation mit dem HY.SH zu wiederholen.

 

Link zum Eventfilm

Besichtigung von Demonstrationsanlagen

Neben der Förderung von eigenen Forschungsvorhaben kann der H2Fonds ebenfalls zur Buchung vororganisierter Besichtigung zu Wasserstoff-Demonstrationsanlagen genutzt werden. In Angesicht des voranschreitenden Markthochlaufs von grünem Wasserstoff kooperiert das HY.SH mit verschiedenen Wirtschaftsakteuren, um Besichtigungen von Demonstrationsanlagen entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette zu ermöglichen. Hierdurch kann das Interesse an Wasserstofftechnologien in verschiedenen Studiengängen gestärkt werden.

Nutzen Sie die Angebote gerne als Exkursionsziel im Rahmen Ihrer Lehre oder für Ihr nächstes Forschungstreffen. Die Exkursionskosten können wie gehabt als Sachkosten über den H2Fonds beantragt werden. Sprechen Sie Ihren Besichtigungstermin bitte vor Antragsstellung mit uns ab.

Zunächst startet das Angebot mit einer Besichtigung zu einem PEM-Elektrolyseur. Bei hoher Nachfrage werden weitere Demonstratoren für Wasserstofftechnologien zum H2Fonds hinzugefügt.

PEM-Elektrolyseur mit Gasnetzeinspeisung (WtG)

Die Energie des Nordens GmbH & Co. KG betreibt einen 1MW-PEM-Elektrolyseur vom Typen ME 450/1400 des Herstellers H-TEC SYSTEMS in Haurup. Die geführte Besichtigung kann für bis zu 15 Personen gebucht werden. Die Betreiber:innen können max. eine Führung pro Monat für die Wasserstoffforschung anbieten. Es gilt „first come, first served“.

Weitere Informationen

H2-Tankstelle

Wasserstoff hat das Potenzial eine entscheidende Rolle bei der Umstellung der Schwerlastlogistik einzunehmen. Um es Betrieben zu ermöglichen auf H2-LKW umzustellen, bedarf es jedoch einer flächendeckenden Tank-Infrastruktur.

Mit einer der leistungsstärksten Wasserstofftankstellen Europas hat die Hypion GmbH an der B 205 in Neumünster einen entscheidenden Baustein für den Start der Transformation gelegt. Seit September 2023 ist hier die Betankung von PKW (700 bar Dispenser) und LKW (350 bar Dispenser) möglich. Die geführte Besichtigung kann für bis zu 30 Personen gebucht werden.

Weitere Informationen

FAQ

Das Förderprogramm ermöglicht eine Kostenerstattung für forschungsfördernde Maßnahmen im Bereich Wasserstoff, wie z.B. für Aus- und Weiterbildungen, Konferenzen, Reisen oder Sachmittel mit bis zu 20.000 Euro. Darüber hinaus können die Wissenschaftler:innen im Rahmen einer Freistellung von allen institutionellen Verpflichtungen entbunden werden oder durch die Aufstockung ihrer Teilarbeitszeit mehr Raum für die Forschung erhalten. Alternativ können auslaufende Verträge von befristet beschäftigem Personal für das Forschungsprojekt verlängert, oder sogar neues Personal eingestellt werden (z.B. zur Bearbeitung eines Projekts nach Abschluss des Studiums).

Das Förderprogramm kompensiert hierbei ausschließlich die zusätzlich für das Forschungsvorhaben entstandenen Personalkosten.

Zuwendungsempfängerin ist in der Regel die Hochschule, an der die geförderte Person beschäftigt ist. Die Auszahlung der Förderung für Vertretungen erfolgt nach Bestätigung seitens der Hochschule. Sachkosten werden auf Basis der Kostenaufstellung nach Anforderung ausgezahlt.

Ja, es dürfen in einem Abstand von 12 Monaten Folgeanträge gestellt werden. Daher sollten Anträge alle geplanten Maßnahmen oder Aktivitäten für mindestens diesen Zeitraum enthalten. Eine Freistellung kann jedoch nur einmal beantragt werden.

Änderungen sind grundsätzlich möglich, sofern sie das Projektziel nicht gefährden. Sie bedürfen aber der vorherigen Zustimmung der EKSH. Die beantrage Maßnahme muss innerhalb eines Jahres nach Zugang der Förderbestätigung durchgeführt werden. Änderungen können die Projektdurchführung oder die Finanzierung betreffen.

Der Verwendungsnachweis besteht aus einem zahlenmäßigen Nachweis und einem Sachbericht. Beide sind nach Möglichkeit gemeinsam vorzulegen. Der Sachbericht soll so wissenschaftlich wie nötig und so allgemeinverständlich wie möglich abgefasst sein und die Forschungsergebnisse zusammenfassen oder die Erfahrung wiedergeben. Soweit es Abweichungen vom Projektplan gegeben hat, ist auf diese im Sachbericht einzugehen. Die Vorlage des Sachberichts steht zum Download zur Verfügung.