Energiewirtschaftliche Ausgangslage

In der Energieversorgung gilt es mit Blick auf das im Energiekonzept festgelegte Ziel der Reduzierung des Primärenergieverbrauchs, auch zunehmend die Stromerzeugung mit der Nutzung der in der Regel gleichzeitig anfallenden Wärme durch Kraft-Wärme-Kopplung zu verbinden. Für den Einsatz der Brennstoffzelle im Vergleich zu anderen Technologien spricht hier deren hoher elektrischer Wirkungsgrad beziehungsweise die hohe Stromkennziffer. Die Brennstoffzelle wird sowohl für die dezentrale Strom- und Wärmeerzeugung als auch als Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge bei mobilen Anwendungen seit vielen Jahren in Deutschland entwickelt. Im Vergleich zu thermischen Prozessen zeichnet sich die Brennstoffzelle durch einen grundsätzlich höheren Wirkungsgrad aus. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass der Wirkungsgrad auch in Teillast und in kleinen Einheiten auf hohem Niveau bleibt.

Stationäre Brennstoffzellen werden in der Regel zur Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung eingesetzt und sind mittlerweile als Hausenergieanlagen im Leistungsbereich von etwa 1 kWel und in Industrieanwendungen in einer Leistungsklasse von mehreren hundert kW im Feldtest. Als Brennstoff wird auf ein breites Spektrum von Primärenergieträgern (Erdgas, Biogas, Klärgas etc.) zurückgegriffen. Im Umkehrbetrieb bildet die Zelle das Herzstück eines Elektrolyseurs, der mit elektrischen Strom betrieben wird und Wasserstoff erzeugt. Stammt der Strom aus regenerativen Quellen, so gilt der erzeugte Wasserstoff als "grüner Wasserstoff" und seine Nutzung über die gesamte Energiekette als frei von CO2-Emissionen. In der mobilen Anwendung im Fahrzeug wird der elektrische Antrieb über eine Brennstoffzelle mit Strom versorgt, die mit Wasserstoff als Sekundärenergieträger betrieben wird. Der Brennstoffzellenantrieb bietet dabei den Vorteil, die hohe Abhängigkeit der Mobilität vom Erdöl zu reduzieren, da der Wasserstoff aus einer Vielzahl von Primärenergieträgern gewonnen werden kann.

Dem Energieträger Wasserstoff kann im Kontext der Sektorkopplung eine besondere Bedeutung zukommen. Wasserstoff bietet Einsatzmöglichkeiten in der zentralen und dezentralen Stromerzeugung, in Fahrzeugen, zur Herstellung alternativer Kraftstoffe, Brennstoffe und Gase, zur Langzeitspeicherung sowie als Rohstoff für industrielle (insbesondere chemische) Prozesse. Sofern Wasserstoff regenerativ (z. B. aus erneuerbarem Strom in Elektrolyseanlagen) produziert wird, sind mit der Nutzung keine oder nur geringe Treibhausgas-Emissionen verbunden. Die Bundesregierung will mit Blick auf das hohe Exportpotenzial für Technologien der Wasserstofferzeugung den heimischen Produktionsstandort stärken und die gewonnene Technologieführerschaft möglichst ausbauen. Die noch hohen Kosten für erneuerbaren Wasserstoff sollen durch Forschung und Innovationsförderung deutlich gesenkt werden.

Durch die in der Vergangenheit geförderten Maßnahmen haben deutsche Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen in den Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologien eine internationale Spitzenstellung erreicht. Um diese Position zu erhalten beziehungsweise weiter auszubauen, sind auch künftig intensive Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen notwendig.

Technologieentwicklung und Förderstruktur

Die BMWi-Förderung von Forschung und Entwicklung der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologien ist eingebunden in das 2006 gestartete "Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien" (NIP). Das Programm wird im Zeitraum 2016 bis 2025 als Regierungsprogramm NIP2 fortgesetzt. Mit NIP2 baut die Bundesregierung auf der erreichten Technologiereife und Marktverfügbarkeit erster Gerätegenerationen auf. Für die nunmehr anstehende Markteinführungsphase soll sichergestellt werden, dass die nationalen Aktivitäten von Wissenschaft, Industrie und der öffentlichen Hand weiterhin unter einem gemeinsamen programmatischen Dach stattfinden. Ziel ist, die Innovationen im Technologiefeld Wasserstoff und Brennstoffzellen, die noch keine Marktfähigkeit erreicht haben, weiter zu entwickeln, die entsprechenden Infrastrukturen aufzubauen und die Technologien, die an der Schwelle zum Markeintritt stehen, durch geeignete Instrumente und Maßnahmen beim Markteintritt zu unterstützen.

Das BMWi unterstützt diese Ziele unter anderem im Energieforschungsprogramm durch Förderung von Forschung und Entwicklung als Grundlage für spätere Anwendungen in den Bereichen Verkehr, Wasserstoffproduktion, Hausenergieversorgung, Sektorkopplung sowie Industrieanwendungen, speziellen Märkten für Brennstoffzellen und Querschnittsaufgaben. Sektorkopplung und Wasserstofftechnologien sind dabei auch ein wichtiges Thema der „ Reallabore der Energiewende“, einer neuen Fördersäule im Energieforschungsprogramm der Bundesregierung, die Marktvorbereitung innovativer Energietechnologien flankieren und Herausforderungen bei der Umgestaltung der Energieversorgung aufgreifen sollen. Die „Reallabore der Energiewende“ sind ein Format, das innovations-, industrie-, klima- und energiepolitische Dimensionen dort vereint, wo Herausforderungen der Energiewende auf die drängenden Klimafragen treffen: ganz konkret bei der Dekarbonisierung im Wärmemarkt, im Verkehr und bei Industrieprozessen.