Energieträger der Zukunft Potenziale der Wasserstofftechnologie in Baden-Württemberg 26.06.2012, Stuttgart B. Schott, A. Püttner, Dr. P. Bickel, A. Brinner, J. Brellochs, S. Steiert, G. Schlumberger, J. Salzer (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) Christian Huck (WBZU GmbH)
Zielsetzung der Studie Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien lassen weltweit neue Zukunftsmärkte erwarten Die Studie soll dazu beitragen, die Potenziale (Umsatz und Beschäftigung) für den Wirtschaftsstandort Baden-Württemberg einschätzen zu können die Wertschöpfungsketten und den Status Quo der Industrie in Baden- Württemberg darzustellen baden-württembergischen Unternehmen eine Orientierungshilfe für diese Zukunftstechnologien zu geben (Leitfaden) - 2 -
Inhalte der Studie Treiber für Wasserstofftechnologien Stand der Technik Potenziale: Verfahren/Technischer Aufbau Akteure in Baden-Württemberg Perspektiven und Potenziale für Baden-Württemberg Fazit - 3 -
Treiber der Wasserstofftechnologien Peak Oil Energiewende Quelle: Eigene Darstellung nach dena et al. 2011 Elektromobilität: Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge Stationäre Energieversorgung: Brennstoffzellen-KWK Energiewirtschaft: Energiespeicher - 4 -
Wasserstoff Energieträger der Zukunft - 5 -
Stand der Technik Jahresproduktion Weltweit: ca. 600 Mrd.Nm³ (54. Mio. Tonnen) D: ca. 20 Mrd.Nm³ Wasserstoff ist ein Commodity und die Erzeugung Stand der Technik Quelle: Eigene Darstellung nach DLR et al. 2002-6 -
Stand der Technik Verfahren zur Wasserstoffherstellung heute hauptsächlich auf Basis fossiler Rohstoffe: ~50% Mineralölfraktion 30% Erdgas ~15% Kohle Rest: z.b. Nebenprodukt H 2, alkalische Elektrolyse Aktuell keine Wasserstoffproduktion in Baden-Württemberg abgesehen von integrierten Prozessen zur direkten Weiterverarbeitung - 7 -
Stand der Technik Verfahren zur Wasserstoffherstellung aus nicht-fossilen/erneuerbaren Quellen: Transformation des Energiesystems: Steigende Bedeutung vor allem der regenerativen Erzeugung durch Wasserelektrolyse oder aus Biomasse Quelle: Eigene Darstellung nach DLR et al. 2002-8 -
Herstellung aus erneuerbaren Energien Wasserelektrolyse Biomass-to-H 2 Zelle Stack Quelle: Eigene Darstellung nach Wenske 2010 Anlage Elektrolyseur - 9 -
Akteure in Baden-Württemberg Wasserelektrolyse Forschung: stark präsent (12), aber mit Fokus Kernsystem Elektrolyse Systemtechnik ausbaufähig Industrie: Viele Unternehmen, die sich mit Wasserstofferzeugung beschäftigen trotzdem wichtige Technologiefelder, nicht ausreichend besetzt (vor allem spezialisierte Komponenten und Ausrüstung für Anlagen) in Baden-Württemberg derzeit noch kein Gesamtbild einer regionalen Elektrolyseindustrie fehlende regionale Konzeptions- und Errichtungskapazität (Komponenten-/ Ausrüstungsindustrie + Anlagen-/ Teilsystemhersteller) Biomass-to-H 2 Forschung: Ausbaufähig (5); Regional: Freiburg, Karlsruhe, Stuttgart F&E über die gesamte Wertschöpfungskette bisher nicht realisiert Industrie: kein Hersteller-Know-How im Industriemaßstab bzgl. der thermochemischen Veredelung (Ausnahme Kopf SynGas) keine industriellen Anbieter für Komplettsysteme Unterkritisch besetzte Technologiefelder: Anlagenbau; Prozessverfahren - 10 -
- 11 - Brennstoffzellen Hocheffiziente Energiewandler
Stand der Technik: Funktionsweise Anwendungen: Spezielle Märkte: wenige mw bis kw Batterieladegeräte, Spezialfahrzeuge (z.b. Gabelstapler), APU, USV Stationär: KWK (1-5 kw) bis zu Kraftwerken (100 1000 kw) Mobil: Pkw und Leichte Nutzfahrzeuge (60 120 kw) Sonstige: Raumfahrt, U-Boote - 12 -
Stand der Technik: Systemaufbau Zelle Stack System - 13 -
Technologieentwicklung in Deutschland AFC- und PAFC-Stacks und -Systeme: kommerzielle Entwicklung spielt in Deutschland und weltweit keine Rolle mehr. MCFC-Stacks und -Systeme: kommerzielle Entwicklung wurde in Deutschland nur von der MTU betrieben und 2011 beendet. Die Technologie soll mit dem Fraunhofer-Institut für keramische Sintertechnologien (IKTS) und mit der Firma Fuel Cell Energy, dem ursprünglichen Lizenzgeber von MTU, gemeinschaftlich weitergetragen werden. SOFC-Stacks und -Systeme werden weltweit nur in geringen Stückzahlen hergestellt, allerdings mit steigender Tendenz. Die Komponenten- und Systemkompetenz liegt oft bei den Stackherstellern. PEMFC-, HT-PEMFC- und DMFC-Stacks werden in weit größeren Stückzahlen hergestellt, ebenfalls mit steigender Tendenz. - 14 -
Akteure in Baden-Württemberg Forschung: stark präsent (13), sowohl bei Stacks und Komponenten, als auch bei Systemen Industrie: Stacks und Komponenten geringe Anzahl an Unternehmen im Feld Stacks: kritische Abdeckung; Komponenten: Bipolarplatten, MEA, GDL mit kritischer Abdeckung Systeme: Vielzahl an Unternehmen, aber wichtige einzelne Technologiefelder nicht ausreichend besetzt: Feuchte-/Gaswarnsensoren, 700bar Tanks + Ventile/Druckregler, Luftfilter, Rezirkulationspumpen, Luftkompressoren - 15 -
Potenziale für Baden-Württemberg Zukunftsmarkt: Wasserstofferzeugung Globales Marktpotenzial in der Energiewirtschaft, Elektromobilität und stationären Energieversorgung anhand der EU-WETO-Szenarien Annahmen: Ausbau beginnt verstärkt nach 2020 Herstellung von H 2 zu 66-98% mittels Elektrolyse; Europa mit Vorreiterrolle (88-99%) H 2 aus erneuerbaren Energien nur über Elektrolyse ~90% der H2-Nachfrage im Automobilsektor (PKW, Leichte Nutzfahrzeuge, Busse) Stationär: Direkte H 2 -Nutzung nur bei entsprechender Infrastruktur nur sehr geringer Anteil - 16 -
Potenziale für Baden-Württemberg Zukunftsmarkt: Wasserstofferzeugung BW: Abschätzungen zur lokalen Wasserstofferzeugung und -verwendung anhand von zwei Szenarien nach BMU Leitstudie 2010 (Basisszenario A). Annahmen: Referenz: Analog globales Szenario Optimistisch: Höhere Durchdringung Verkehr und H 2 als Speicher H 2 -Bedarf: Verkehr (BW): 2020: 0,03-0,1 TWh 2050: 10-21 TWh Speicher (D!, geringes Potenzial in BW) 2050: 23 TWh H 2 -Erzeugung in BW: Fokus H 2 aus erneuerbaren Energien mittels Elektrolyse Potenziale in BW für Wind und PV im Referenzszenario ausreichend (Ambitioniert!) im optimistischen Szenario müssten wenige TWh importiert werden - 17 -
Potenziale für Baden-Württemberg Zukunftsmarkt: Brennstoffzelle - Mobilität Globales Marktpotenzial in der Elektromobilität anhand der IEA-Szenarien 2010 Annahmen: Ausbau beginnt verstärkt nach 2020, vorrangig in den Sektoren PKW und leichte Nutzfahrzeuge (LNF) Absatz BZ-PKW + BZ-LNF 2050: 20% (Referenz) bis 40% (Optimistisch) bzw. knapp 38 75 Mio. BZ-Fahrzeuge pro Jahr Europa: 3,5 7 Mio. BZ-PKW pro Jahr - 18 -
Potenziale für Baden-Württemberg Zukunftsmarkt: Brennstoffzelle - Mobilität D BW: Abschätzungen zur Elektromobilität mit Brennstoffzelle anhand von zwei Szenarien nach BMU Leitstudie 2010 (Basisszenario A). Annahmen: Analog globales Szenario Fahrzeugentwicklung in BW: 20-45% des Fahrzeugbestands sind BZ-PKW und BZ-LNF Zwischen 2020 und 2030 starkes Marktwachstum H 2 -Bedarf: 10 21 TWh BW - 19 -
Potenziale für Baden-Württemberg Zukunftsmarkt: Brennstoffzelle - Stationär (inkl. frühe Märkte) Global: Keine detaillierten Szenarien verfügbar. Grundlage sind Abschätzungen/Umfragen des VDMA Brennstoffzellen Annahmen: Auch langfristig werden stationäre Brennstoffzellensysteme mit aus Erdgas reformiertem H 2 betrieben Breite Markteinführung in den nächsten zehn Jahren mit einem Volumenmarkt bereits in 2020 Relativ hoher Marktanteil deutscher Unternehmen am globalen Absatz Marktentwicklung in D: Bis 2020: Absatzpotenzial von 70.000 Brennstoffzellenheizgeräten Langfristiges Potenzial von 250.000 BZH - 20 -
Potenziale für Baden-Württemberg Zukunftsmärkte: Wasserstoff und Brennstoffzelle Ableitung von Umsatz- und Beschäftigungseffekten für BW * Für stationäre Brennstoffzellen wurde nur das Mittelfrist-Potenzial abgeschätzt - 21 -
Σ Fazit der Studie Regenerativ erzeugter Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologien können nicht nur zur Erreichung globaler und nationaler Klimaschutzziele beitragen, sondern auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren mit beachtlichen wirtschaftlichen Chancen in den Bereichen Energiewirtschaft, Elektromobilität und stationärer Energieversorgung Erhebliche Umsatz- und Beschäftigungspotenziale für Baden-Württemberg: Im optimistischen Szenario sind bis 2030 bereits jährliche Umsätze von bis zu 4,5 Mrd. Euro + 20.000 Beschäftigte möglich Bis 2050 25 Mrd. Euro Umsatz und bis zu 100.000 Beschäftigte möglich Größte Potenziale bieten Brennstoffzellensysteme für mobile Anwendungen Große Chancen für das Automobilland BW und die vielen mittelständischen Unternehmen. Frühe Märkte und stationäre Energieversorgung bieten bereits kurz- bis mittelfristig gute Absatzmöglichkeiten, von denen Unternehmen langfristig profitieren können Entscheidend für baden-württembergische Unternehmen: sich bereits in der frühen Phase der Markteinführung an den technologischen Entwicklungen zu beteiligen, um langfristig an den Marktpotenzialen partizipieren zu können. Für Hochtechnologiespezialisten bereits jetzt Chancen im Rahmen von Kleinserienfertigungen. - 22 -
Leitfaden Als Angebot an baden-württembergische Unternehmen sich gedanklich heute oder in Zukunft in diesen attraktiven Zukunftsmarkt einzuordnen. Ziele: Bereits vorhandenes Know-how, Produkte und Dienstleistungen rund um die Wasserstoffund Brennstoffzellentechnologie und deren Anwendungen in baden-württembergischen Unternehmen identifizieren Selbsteinschätzung der Unternehmen fördern und Einordnung in die Wertschöpfungskette Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien ermöglichen Weitergehende Informationen und Ansprechpartner bieten - 23 -
- 24 - Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!