Cluster 1 Stellungnahme zur Ausgestaltung des Energieforschungsprogramms der Bundesregierung in Deutschland; Kosten senken und CO2-Vermeidung beschleunigen, Systemintegration stärken

Stellungnahme des Clusters 1 „Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten“ aus dem Forschungsnetzwerk Wasserstoff im Rahmen des BMWE-Konsultationsprozesses zur Ausge- staltung des neuen Energieforschungsprogramms der Bundesregierung

Einleitung Wasserstoff und seine Derivate sind zentrale Bausteine zur Erreichung der Klimaziele der Bundesregierung und für den Aufbau einer nachhaltigen Energieversorgung. Insbesondere in Sektoren und Anwendungen, die nicht oder nur eingeschränkt direkt elektrifiziert werden können, leisten sie einen wesentlichen Beitrag zur Defossilisierung. Darüber hinaus können Wasserstoff und seine Folgeprodukte die saisonale Energiespeicherung unterstützen, die Ver- sorgungssicherheit erhöhen und die Resilienz des Wirtschaftsstandorts Deutschland und Eu- ropas stärken. Deutschland hat in den vergangenen Jahren erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Grundlagen für die Erzeugung, Infrastruktur und Nutzung von nachhaltigem Wasserstoff zu schaffen. Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie, dem 8. Energieforschungsprogramm, Wasserstoff-Leitprojekten und Reallaboren sowie europäischen Förderinstrumenten wie den IPCEI wurden wichtige Voraussetzungen für den Technologiehochlauf geschaffen. Bereits heute nimmt Deutschland in mehreren innovativen Technologiefeldern der Wasserstoffwirt- schaft eine führende Rolle in Europa ein. Dies beruht insbesondere auf einer leistungsfähigen Forschungslandschaft, Fördermöglichkeiten über alle technologischen Reifegrade hinweg so- wie der engen Verzahnung von Industrie, universitärer und außeruniversitärer Forschung. Für den Übergang von Forschung, Entwicklung und Demonstration in eine breite industrielle Anwendung sind jedoch langfristig stabile und verlässliche Rahmenbedingungen erforderlich. Dies betrifft die Kontinuität der Forschungs- und Innovationsförderung ebenso wie den Markthochlauf, die regulatorische Ausgestaltung, die Genehmigungspraxis sowie die Pla- nungssicherheit für Investitionen. Die vorliegende Stellungnahme basiert auf der Expertenempfehlung 2025 des Forschungs- netzwerks Wasserstoff (FNE-H2). Sie fokussiert auf die Erzeugung von Wasserstoff und seinen Folgeprodukten, ohne damit die Bedeutung der weiteren Bereiche einer integrierten Wasser- stoffwirtschaft – insbesondere Infrastruktur, Nutzung, Sicherheit, Akzeptanz und Systemin- tegration – zu schmälern.

Kurzzusammenfassung des aktuellen FuE- und Handlungsbedarfs Im Mittelpunkt der Empfehlung steht der Übergang von Forschung, Entwicklung und De- monstration zu kosteneffizienten, robusten und skalierbaren Lösungen im industriellen Maß- stab. Im Bereich Prozesse und Materialien sind fortgeschrittene Katalysatoren und Funktionsmate- rialien für Elektrolyse- und thermochemische Verfahren erforderlich. Bei Elektrolyseuren steht die Reduktion kritischer und kostenintensiver Materialien sowie deren Recyclingfähig- keit, hohe Stromdichten, Effizienz, Lebensdauer sowie geringere Herstell- und Betriebskosten im Vordergrund. Weiterzuentwickeln sind zudem Betriebsfenster wie Druckbetrieb, Ko-Elekt- rolyse und CO₂-Elektrolyse mit Festoxid-Elektrolyseuren. Für strombasierte und biomassebas- ierte Folgeprodukte sind Gesamtwirkungsgrade, Downstream-Prozesse und die nachhaltige Bereitstellung geeigneter Kohlenstoffquellen zu verbessern. Ebenso muss die Substitution per- und polyfluorierter Alkylsubstanzen (PFAS), insbesondere in der PEM-Elektrolyse, aber auch in der AEM-Elektrolyse und der alkalischen Elektrolyse, vorangetrieben werden. Für den industriellen Einsatz sind intelligente Systeme zur Zustandsüberwachung erforder- lich. Feld- und Labordaten müssen systematisch abgeglichen werden, um Degradationsme- chanismen großer Anlagen besser zu verstehen, Lebensdauern zu verlängern und Wartungs- strategien ohne kostenintensives Over-Engineering zu optimieren. Ein weiterer zentraler FuE-Bedarf besteht in der system- und netzdienlichen Integration von Elektrolyseuren und nachgelagerten thermochemischen Prozessen unter dynamischer erneu- erbarer Stromerzeugung. Benötigt werden Umsetzungsprojekte unter realen Bedingungen, die vollständige Prozessketten untersuchen – von Strombereitstellung und Produktion über Speicherung und Qualitätskontrolle bis zu Genehmigung, Betrieb, Wartung, Rückbau und Re- cycling. Da hohe Kosten weiterhin den Hochlauf begrenzen, sollten FuE-Aktivitäten konsequent auf Kostensenkung und CO₂-Vermeidung ausgerichtet werden. Technologieoffenheit sollte dabei mit einer Priorisierung besonders aussichtsreicher Technologien und Prozessketten verbun- den werden. Künstliche Intelligenz und Digitalisierung können die Materialentwicklung be- schleunigen, Lebensdauer und Wartungsbedarf prognostizieren sowie Anlagenbetrieb und Systemintegration optimieren. Zusätzlich sind industrielle Umsetzungsprojekte mit begleiten- der Forschung erforderlich, damit Betriebserfahrungen, Fehlermechanismen und Skalie- rungseffekte frühzeitig in die Technologieentwicklung zurückfließen. Die Expertinnen und Experten empfehlen, Wasserstoff stärker anhand spezifischer CO₂-Emis- sionen statt anhand von „Farben“ zu bewerten. Technologieoffene Förder- und Anreizmecha- nismen sollten sich an den Kosten der CO₂-Vermeidung orientieren und damit ein breites, resilientes Technologieportfolio ermöglichen.

Empfehlungen für das neue Energieforschungsprogramm Die konkreten Empfehlungen des Clusters 1 werden im weiteren Abstimmungsprozess ent- lang der folgenden Leitfragen konkretisiert. 3.1 Forschungsziele und Sprinterziele der Mission Wasserstoff Besonders wichtige Forschungs- und Sprinterziele sowie deren Begründung Der Förderrahmen für Wasserstoff und seine klimaneutralen Derivate ist in dem 8. EFP sehr breit angelegt und ermöglicht die Förderung unterschiedlicher Erzeugungstechnologien. Ins- besondere sind an dieser Stelle folgende Forschungsziele hervorzuheben: Fokussierung auf FuE-Vorhaben, die Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Wasser- stofferzeugungstechnologien gewährleisten, Augenmerk auf Wartungsarmut und lange Le- bensdauer der Anlagen und deren Komponenten sowie das netzdienliche Verhalten (z.B. Teil- lastbetrieb der Wasserstofferzeugungsanlagen) und Nachhaltigkeit/Ressourceneffizienz in der Produktion. Ein wichtiges Thema bleibt die Automatisierung der Fertigung und Skalierung von Systemen sowie die Resilienz durch technologische Diversifizierung und Dezentralisie- rung in der Wasserstofferzeugung. Fehlende Forschungs- und Sprinterziele, die ergänzt werden sollten Obwohl das 8. EFP alle wichtigen Aspekte der Wasserstoffwirtschaft gut erfasst, ist es ange- sichts der Erfahrungen aus früheren Förderprojekten notwendig, weitere Ziele zu ergänzen. So sind die Sprinterziele für den Hochlauf der Wasserstofferzeugung sehr wichtig, insbeson- dere müssen OPEX, CAPEX und Anlagenverfügbarkeit gleichzeitig als kurzzeitige Zielstellun- gen berücksichtigt werden. Der Vorschlag ist daher das Sprinterziel von < 400 Euro/kW mit den Angaben der Mindestlebensdauer (40.000 Betriebsstunden) zu ergänzen. Darüber hinaus sollen die Forschungsziele ergänzt werden, welche nicht nur die elektrischen Netze im Sinne der Netzdienlichkeit adressieren, sondern die Netzdienlichkeit auf die Gasnetze und Gasspei- cher und reversible Elektrolysesysteme erweitern. Weiterhin sollen die Grenzen der Wasser- stofferzeugung auf die Wasseraufbereitung und Abwassernachnutzung sowie die CO2-Ab- scheidung und -Aufbereitung ausgedehnt werden, um die Effizienz des Gesamtsystems und nicht nur der die Effizienz der Wasserstofferzeugung als alleiniges Ziel zu fördern. Zur Stimu- lierung der Marktseite für Wasserstofferzeugung sollte generell die Entwicklung von innovati- ven Geschäftsmodellen als Forschungsziel eingeschlossen werden. Im neuen EFP sollte bei den alternativen Wasserstofferzeugungs-Verfahren die Effizienzsteigerung stärker berücksich- tigt werden, da mittlerweile zahlreiche alternative Verfahren in der Pilotphase sind und ein erhebliches Erzeugungs- und Technologieexportpotenzial bieten. Forschungs- und Sprinterziele, die überarbeitet oder gegebenenfalls nicht weiterverfolgt werden sollten Das Ziel zur Rückgewinnung von reinem Wasserstoff aus Derivaten sollte um Aspekte der Sys- temeffizienz ergänzt werden. An dieser Stelle bietet eine direkte Nutzung von Derivaten ei- nen Effizienzvorteil und es muss kein Zwang zur Wasserstoffrückgewinnung bestehen. Das

entsprechende Ziel könnte wie folgt umformuliert werden: „Da der Import von Wasserstoff über Derivate erfolgen kann, ist auch die Rückgewinnung (z.B. Ammoniakspaltung) von rei- nem Wasserstoff aus den Derivaten, so diese nicht direkt genutzt werden, ein relevantes For- schungsthema.“ Bei der Erzeugung von kohlenstoffhaltigen Derivaten sollte die direkte Kopplung von strom- und biobasierten Produktionsrouten ohne zwischenzeitliche CO2-Abscheidung fokussiert werden, die erhebliche Prozessvorteile und damit Kostensenkungen bietet. Ein weiteres zu- sätzliches Forschungsziel sollte der Aspekt Wassernutzung und Abwassernachnutzung bei der Wasserelektrolyse sein. Dies fördert die Resilienz gerade unter dem Aspekt des Klimawandels und reduziert Nutzungskonflikte insbesondere in niederschlagsarmen Regionen. 3.2 Übergeordnete Prioritäten für die Weiterentwicklung des Programms Als besondere Prioritäten haben sich in den letzten Jahren die Resilienz des Energiesystems und Versorgungssicherheit herausgestellt, was auch im Cluster 1 des FNE-H2 als besonders bedeutend angesehen wird. Insbesondere eine Diversifizierung von Importrouten in Kombi- nation mit einer Verringerung der Importabhängigkeit durch Produktion erneuerbarer Ener- gieträger spielt hier eine zentrale Rolle. Dies gilt insbesondere für schwer elektrifizierbare Sektoren wie Luft- und Schifffahrt, die auch langfristig auf flüssige Energieträger angewiesen sind. Daraus ergeben sich im Bereich Wasserstoff- / Derivate -Herstellung Forschungsprioritä- ten, die auf Themen wie flexible Einsatzmöglichkeiten, dynamischen Betrieb, Kombination und Integration von komplementären Technologien und dezentrale Herstellung energierei- cher Moleküle fokussiert sind. Ein weiterer Schwerpunkt sollte die angewandte Forschung sein, die auf den Wasserstoff- Leitprojekten und Kopernikus-Projekten aufbaut und möglichst unmittelbar und zeitnah auf den Hochlauf einzahlt. Insbesondere sind der Betrieb von Anlagen unter realen Bedingungen, z. B, Integration in das Energienetz oder Integration in reale Standorte wichtig, um gewon- nene Erkenntnisse auf auch internationale Standorte übertragen zu können. Großskalige Er- zeugungsanlagen müssen einen stabilen und zuverlässigen Betrieb erreichen; hierfür ist ins- besondere eine Verringerung der Degradation, Risikominimierung durch Betriebserfahrung sowie eine Anpassung an äußere Erfordernisse wie Stromnetz, ggf. Gasnetz / Wasserstoff- kernnetz sowie Downstream-Prozesse erforderlich. Großskalige Umsetzungsprojekte mit wis- senschaftlicher Begleitung können diese Phase des Hochlaufs gezielt unterstützen. 3.3 Weiterentwicklung von Förderformaten, Programmdesign und Begleitmaßnahmen In den letzten zwei Jahren gab es insbesondere für die Anschlussförderung nach Projektende große Lücken, was u. a. zu Know-how-Verlusten geführt hat. Um Projektergebnisse erfolg- reich umzusetzen und Wissen in den Institutionen zu halten und kontinuierlich weiterzuent- wickeln, wäre die Möglichkeit der Anschlussförderung bereits gegen Ende des Projekts, ins- besondere für erfolgreiche Projekte, wünschenswert.

Die Vernetzung über spezifische Projekte hinaus wird im FNE rege genutzt. Insbesondere die Vernetzung von Wissenschaft und Praxis könnte in diesem Rahmen gestärkt werden, z.B. durch speziell konzipierte Formate, die sich an Anwender und Betreiber richten. Zur Stärkung themenspezifischer Communi