ZIM-Innovationsnetzwerk H2-Konkret Wasserstoff in der Kunststofftechnik
Das Innovationsnetzwerk H2-Konkret hat das Ziel, innovative und praxisnahe Lösungen für den effizienten Umgang mit Wasserstoff zu entwickeln – sei es in Form neuer Produkte oder Verfahren. Der Fokus liegt auf den Bereichen Industrie, Infrastruktur, Produktion und Mobilität, insbesondere unter Berücksichtigung der Wasserstoff- und Kunststofftechnik. Ziel ist es, Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Umwandlung und Verarbeitung über die Speicherung und den Transport bis hin zur Verteilung und Nutzung von Wasserstoff – zu fördern und zu stärken.
Durch die nationale Wasserstoffstrategie, die sich an den 17 globalen Nachhaltigkeitszielen (SDGs) orientiert, wird deutlich, dass Wasserstofftechnologie weit mehr als nur ein vorübergehender Trend ist. Sie bietet insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) erhebliche Chancen, ihre Branchen nachhaltig zu transformieren und zukunftsfähig zu gestalten.
Um den Wasserstoffbedarf in allen Bereichen sicher und verlässlich zu decken, ist der Auf- und Ausbau einer geeigneten Wasserstoff-Infrastruktur unverzichtbar. Wasserstoff, ein kleines Molekül, aber mit großem Potential! Nach aktuellem Kenntnisstand wird die Produktion von grünem Wasserstoff in den kommenden Jahren erheblich steigen. Während dieser Hochlaufphase des Marktes könnte bis 2030 eine globale Wertschöpfung von rund 500 Milliarden Euro entstehen. Gleichzeitig stellen die besonderen Eigenschaften von Wasserstoff als kleines Molekül neue technologische Herausforderungen dar – insbesondere bei der Elektrolyse, dem Transport und dem Bau von Anlagen. Technologisch sollen aus diesem Netzwerk bzw. dessen Entwicklungslinien Ergebnisse entstehen, die einen bedeutsamen Innovationszuwachs für den Industriestandort Deutschland erzeugen.
Zielsetzung des ZIM-Innovationsnetzwerkes H2-Konkret
Gegenstand des Vorhabens ist der Aufbau des Innovationsnetzwerkes „H2-Konkret: Wasserstoff in der Kunststofftechnik“ sowie die Erarbeitung neuer Lösungen mittels F&E-Projekten. Ziel ist es, den Einsatz von Kunststoffen im Zusammenhang mit Wasserstoff zu gestalten und dessen Nutzung als Energiequelle zu erleichtern. Gleichzeitig sollen auch weitere technologische Ansätze berücksichtigt werden, um ein breites Innovationsspektrum zu ermöglichen.
Die Erreichung der UN-Klimaschutzziele erfordert eine umfassende Dekarbonisierung, die auf den Ausbau nachhaltiger Energiequellen und -träger angewiesen ist. Wasserstoff gilt weltweit als zentraler Energieträger, um diese Ziele zu verwirklichen und gleichzeitig die bestehende Energie- und Wärmestrategie beizubehalten. Dabei wird zwischen unterschiedlichen Erzeugungsarten für den Wasserstoff unterschieden, wobei nur grüner Wasserstoff die notwendige Dekarbonisierung ermöglichen kann. Dies setzt gleichzeitig den massiven Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung voraus, um bis 2050 etwa 800 Millionen Tonnen grünen Wasserstoff jährlich zu produzieren. Um den Wasserstoffbedarf in den Bereichen Industrie, Mobilität und Gebäude sicher und verlässlich zu decken, ist der Auf- und Ausbau einer geeigneten Wasserstoff-Infrastruktur unverzichtbar.
Diese Anforderungen verlangen Entwicklungen in Unternehmen verschiedener Branchen, um effektiv und sicher mit dem neuen Medium Wasserstoff arbeiten zu können. Einige der Ansätze zum Umgang mit Wasserstoff umfassen die Verdichtung, Temperierung, den Bau von Leitungen, einschließlich innovativer Dichtungswerkstoffe, sowie die Lagerung und die Umwandlung in andere Stoffe, wie beispielsweise Ammoniak oder LOHC-Verbindungen.
Vision des Netzwerkes
Kern des Netzwerkes stellen klein und mittelständische Unternehmen (<1.000 Mitarbeiter), welche durch Forschungseinrichtungen sowie größere Unternehmen (>1.000 Mitarbeiter) als assoziierte Partner flankiert werden.
Für die Entwicklung, die Herstellung und das Inverkehrbringen von gasführenden Bauteilen (insbesondere H2) gilt neben den Prüfungen und Zulassungen die besondere Beachtung geltender Normen. Das „Neuland“ Wasserstoff wird aber auch viele neue Anwendungen, Fragen und Herausforderungen stellen, die heute noch nicht betrachtet wurden.
Alle Unternehmen in der Wertschöpfungskette von der Erzeugung bis zur Endanwendung die neue, Anwendungsgerechte Komponenten benötigen, sind ideale Teilnehmer in diesem Netzwerk. Durch die Verbindung von F&E -Aktivitäten, die Bearbeitung grundlegender Fragen und dem Bedarf nach wirtschaftlichen Lösungen werden in diesem Netzwerk viele Fragen eine Antwort finden.
Entwicklungslinien des Netzwerkes
Um Werkstoffe im Bereich der Wasserstoffindustrie einsetzen zu können müssen noch viele grundsätzliche Fragen geklärt werden. Erste Ansätze in Bezug auf die Technologie- und Entwicklungsfelder sind die Bereiche Erzeugen, Lagerung und Bereitstellung von Wasserstoff. In diesen Feldern ergeben sich durch den Einsatz von Kunststoffen, Metallen und/oder Verbundwerkstoffen große Potenziale. Diese Potenziale werfen aber gleichzeitig auch viele Fragen auf da Wasserstoff an alle Materialien völlig neue Anforderungen an die Eigenschaften stellt.
Zum Beginn des Netzwerkes sollen daher folgende Technologie- und Entwicklungsfelder betrachtet werden.
- Umwandlung und „Verarbeitung“ von Wasserstoff und was kann „Kunststoff“ in diesem Prozess leisten
- Speicherung von Wasserstoff und Vorprodukten, wie kann durch den Einsatz von Kunststoffen der Stand der Technik wirkungsvoll verbessert werden.
- Grundsätzliche Erprobung von Material für Dichtungen und für Verbindungen mit unterschiedlichen Anforderungen. Welche Anforderungen kommen auf die Polymere zu und wie müssen Bauteile gestaltet sein.
- Kunststoffe für Leitungssyteme, welche Kunststoffe oder Kunststoffverbindungen (Multilayer) sind geeignet, um den Anforderungen an die Durchleitung von Wasserstoff gerecht zu werden.
- Kunststoffe in Ventilen und Fördersystemen, wie kann durch den Einsatz von Kunststoffkomponenten eine Verbesserung der Systeme geleistet werden. Welche Anforderungen können durch Kunststoff erfüllt werden
- Wasserabscheidungstechnik, Wasserstoff muss für die Verwendung in z.B. Brennstoffzellen richtig „konditioniert“ sein. Der Einsatz von Systemen aus Kunststoff hat hier ein hohes Potenzial wirtschaftliche flexible Lösungen zu generieren, wenn es um das Design und wechselnde „Bauräume“ geht.
- Wasserstoffsensorik, welche neuen Messverfahren sind nötig, um Wasserstoff sicher zu beherrschen und was kann oder muss durch „Kunststoff“ in diesem Bereich geleistet werden.
Weitere Themenfelder und Ideen werden in der Phase 1 noch eruiert. Bei der Erweiterung in Phase 2 können weitere Themen von neuen Netzwerkteilnehmern eingebracht werden. Diese können dann in die Technologie Roadmap eingebunden werden und so dem Netzwerk eine weitere Ausrichtung geben.
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