Energieerzeugung -Projektabschluss: Gehört Wasserstoff die Zukunft?

Positiv gedacht stecken in jeder Krise viele Chancen. So haben der Klimawandel und der Krieg in der Ukraine die Anstrengungen beim Ausbau regenerativer Energien und der Suche nach alternativen Antriebstechnologien deutlich verstärkt. Spürbar wurde dies bei der Abschlussveranstaltung zum Projekt „H2@AgTech“, die am 24. Januar vor vollen Rängen im großen Sitzungssaal des Kreishauses Osnabrück stattfand. Mehr als 70 Teilnehmende von Landtechnik-Herstellern, Universitäten sowie Wirtschaftsförderern wollten wissen, welche Potenziale sich für die Gewinnung, Speicherung und den Einsatz von Wasserstoff in der Landtechnik und Landwirtschaft bieten.

Eine erste Einführung in das Thema Wasserstoff gab Dr. Henning Müller als 1. Vorsitzender des Vereins „Agrotech Valley Forum e.V.“. Er stellte die unangefochtene Führungsrolle des Dieselantriebes heraus, an der die Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Technologie momentan „nur kratzen“ könne. Dennoch sei eine Belebung der Konkurrenz unter den Antrieben spürbar, so Müller. Wasserstoffbasierte Antriebstechnologien böten gerade in der Landtechnik mit den großen Maschinen, langen Einsatzzeiten und großen Lastenbewegungen viel Potenzial. Und man wolle das hervorragende Netzwerk aus kommunalen Partnern, Kammern, Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen mit deren Kompetenzen als Projektträger zusammenführen.

So wurde im Rahmen des Projektes „H2@AgTech“ eine Strategie mit Einstiegsszenarien für anwendungsorientierte Innovations- und Entwicklungsvorhaben für Wasserstoff in der Landtechnik entwickelt. Wichtige Vorgaben: Die Kompetenzfelder Mobilität, Energiesysteme, Robotik und Künstliche Intelligenz sollten dabei eine wichtige Rolle spielen. Unter anderem war die Frage zu klären, „wie eine auf Wasserstoff basierende Antriebs- und Versorgungstechnologie intelligent in ein regenerativ gespeistes Energiesystem integriert werden kann“. Zudem sollte die auf den Raum der „Metropolregion Nordwest“ fokussierte Handlungsstrategie für klimaschonende Antriebstechnologien im Bereich der Landtechnik als Basis für weitere Anträge an die EU, den Bund und das Land zur Umsetzung der definierten Einzelprojekte dienen.

Nun ging es ans Eingemachte: Lucas Hüer, Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter unter Prof. Dr. Hans-Jürgen Pfisterer am Kompetenzzentrum Elektronik und Antriebstechnik (KEA) der Hochschule Osnabrück, erklärte die Vorgehensweise und Ergebnisse des Projektes, das durch die Unternehmen Agravis, Claas, Grimme, Harting, Krone, Strautmann und Vogelsang unterstützt wurde.

In einer Stärken-Schwächen-Analyse (SWOT) wurde deutlich, wie geeignet die Region Nordwest für das Herstellen von Wasserstoff (H₂) ist: Erneuerbare Energien sind auf den Höfen verfügbar. Ebenso gibt es Häfen und Binnenschifffahrt zum Transport. Speicher und Kavernen seien bereit für Wasserstoff, so Hüer weiter. Außerdem gebe es bezüglich der Nutzung von Wasserstoff viel wertvolles Know-how führender Landtechnikunternehmen. Das Leistungsspektrum von Wasserstoff sei bekannt, der Wirkungsgrad von H2 gegenüber Bio-Treibstoffen höher und Kreislaufwirtschaft sei auf landwirtschaftlichen Höfen machbar, fasste Hüer die Analyse zusammen.

Jedoch: Wo Stärken sind, finden sich auch Schwachpunkte. Nach wie vor herrsche breite Unsicherheit darüber, ob man mit Wasserstoff auf „das richtige Pferd für die Zukunft setze“. Zwar gäbe es gerade im Nutzfahrzeugbereich hoffnungsvolle Entwicklungen, den klassischen Diesel als Antrieb durch Brennstoffzelle und Wasserstoff abzulösen. Aber das Beispiel Pkw sei nicht 1:1 auf die Landwirtschaft übertragbar. Denn irgendwie müsse die Energie zu den landwirtschaftlichen Fahrzeugen hinkommen. Zudem seien erneuerbare Energien als eine Quelle zur H₂-Herstellung in Deutschland noch nicht ausreichend verfügbar. Und alternative Antriebe wie Elektro oder Brennstoffzelle seien im Vergleich zur Diesel-Variante sehr komplex. Hinzu käme, so Hüer zusammenfassend, dass sich Wasserstoff als Antrieb in der Landwirtschaft nur saisonal nutzen ließe, was letztendlich zu hohen Kosten führe.

Dennoch böten sich auch Chancen, um Wasserstoff als energetische Alternative weiter zu etablieren. Als Beispiele nannte Hüer die Stärkung bestehender Kooperationen, den Ausbau von Netzwerken, vorhandene Erdgasnetze für den Wasserstofftransport zu nutzen und das Herstellen von Wasserstoff über den Ausbau von Photovoltaikanlagen in der Landwirtschaft oder über Biogasanlagen auszubauen.

Eines der Risiken in der Gesamtbetrachtung sei, so Hüer, dass landtechnische Unternehmen zu sehr „am Tropf“ der Motorenhersteller hängen würden. Schwenkten die Motorenproduzenten technologisch um, falle die Landtechnik „hinten rüber“.

Für das Herstellen von grünem Wasserstoff wird Strom benötigt, mit dessen Hilfe Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Strom aus erneuerbaren Energien liegt quasi auf den Stalldächern von Milchviehbetrieben. Nach Berechnungen der Projektgruppe gibt es allein in Niedersachsen 2.402 Betriebe, die pro Hof mit einer PV-Anlage von 1.250 qm Größe ausgestattet werden könnten. Als jährliche Gesamtleistung ließen sich über Photovoltaik jährlich mehr als 1,2 Gigawatt Strom erzeugen und unter anderem für die Herstellung von Wasserstoff nutzen. Darüber hinaus könnten landwirtschaftliche Nutzflächen mit Photovoltaikanlagen bestückt werden. Mit dem Vorteil, dass die unter den Solarpanels befindlichen Pflanzen vor Hagel, Starkregen oder Austrocknung geschützt wären. Passend dazu bot Prof. Dr. Hans-Jürgen Pfisterer in seinem Vortrag über die „Elektrifizierung der Landwirtschaft“ aufschlussreiche Informationen zur Moduloptimierung von Solaranlagen.

Karsten Opitz, Projektmanager der Graforce GmbH, zeigte, wie durch das vom Berliner Unternehmen entwickelte Plasmalyse-Verfahren aus Reststoffen wertvoller Wasserstoff gewonnen werden kann. In marktreifen Plasmalyzer-Geräten wird aus Solar- und Windenergie ein Hochfrequenz-Spannungsfeld erzeugt und das Methan aus Biogasanlagen in seine molekularen Bestandteile Wasserstoff und Kohlenstoff zerlegt. Diese Methode sei kostengünstig, weil nur ein Fünftel der Energie benötigt wird, die bei der klassischen Elektrolyse zum Einsatz käme, erklärte Opitz. Während der Wasserstoff dann entweder in Blockheizkraftwerken oder Brennstoffzellen für die CO₂-freie Strom- und Wärmegewinnung genutzt werden kann, ließe sich der Kohlenstoff als industrieller Hilfsstoff, zum Beispiel in der Landwirtschaft zum Verbessern der Böden einsetzen. Also auch hier ein Kreislaufsystem par excellence.

Der Krefelder Landwirt Werner Schleupen berichtete über ein Pilotprojekt, das derzeit auf seinem Hof läuft: In Zusammenarbeit mit der Rheinisch Westfälisch Technischen Hochschule Aachen (RWTH) sowie der BtX energy GmbH, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, wird die dezentrale Wasserstoffaufbereitung von Biogas durch Dampfreformierung erprobt.

20 Jahre nach dem Beschluss des 1. Erneuerbare-Energien-Gesetzes droht vielen Biogasanlagen nach Ablauf ihrer gesetzlichen Vergütungsdauer die Abschaltung wegen Unwirtschaftlichkeit. Mit der drohenden Abschaltung wären bis zu 17 Prozent der derzeitigen Energieerzeugung aus regenerativen Quellen in Deutschland bedroht. Eine Alternative mit Zukunft, so Werner Schleupen, sei die Herstellung von Wasserstoff aus Biogas durch Dampfreformierung. Der im Biogas enthaltene Schwefelwasserstoff wird abgeschieden. Anschließend wird das Methan im aufbereiteten Gemisch mittels Nickel-katalysierter Dampfreformierung zu Wasserstoff reformiert. Durch Druckwechseladsorption wird dann das im Produktgas enthaltene Kohlenstoff, Methan und CO2 abgeschieden. Die bei diesem Prozess entstehende Wärme wird zum Beheizen der Biogasanlage genutzt.

Durch diese Technologie können durch Reduzieren von Methan-Emissionen Treib-hausgasemissionen in der Landwirtschaft vermieden werden. Mit dem produzierten Wasserstoff lässt sich ein wertvoller Beitrag zum emissionsfreien Verkehr oder zur emissionsfreien Industrie erbringen, heißt es in einer Presseinformation der RWTH.

Die Produktion sei wetterunabhängig und könne überall, wo es Landwirtschaft gebe, aufgenommen werden. Lokale Strukturen würden durch regionale Wertschöpfungsketten und Stoffkreisläufe gestärkt. Erste Berechnungen zeigten, dass die Anlagen wirtschaftlich betreibbar seien. Seit Januar 2023 werden auf dem Hof der Familie Schleupen an einem Tag circa 100 Kilogramm grüner Wasserstoff erzeugt. Diese Menge reiche aus, um im öffentlichen Personennahverkehr fünf Linienbusse täglich anzutreiben. Nach Berechnungen des Teams von Professor Herbert Pfeifer am Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik ließe sich durch die mögliche Produktionskapazität aller Biogasanlagen in Deutschland der bundesweite Lastwagenverkehr damit speisen.

Schleupen berichtete, dass das Interesse von Landwirten an dieser neuen Technologie groß und damit der Wille zum innovativen Wandel der Landwirtschaft vorhanden sei. Der aus Biogas hergestellte grüne Wasserstoff sei deutlich günstiger als der aus der Elektrolyse mit grünem Strom gewonnene Wasserstoff, und nach Aussage des Landwirtes gebe es zur Zeit kein günstigeres Verfahren, grünen Wasserstoff zu erzeugen, als über die Dampfreformierung. Auch könne der Wasserstoff über mobile Tankstellen zu den Verbrauchern (Landmaschinen) gelangen. Aus Sicht von Schleupen fehle es nur noch an der Technik, die diesen Kraftstoff verarbeiten könne. „Kein Landwirt wird aber auf diese Technik umstellen, wenn wir nur den Verbrenner durch eine Brennstoffzelle mit Elektromotor austauschen. Damit kauft man sich arbeitswirtschaftlich doch nur Nachteile ein“, so Schleupen. Es brauche neu gedachte Technik mit neuen Vorteilen, die bisher nicht realisiert werden konnte. Dann gelänge die Energiewende in der Landwirtschaft, so der Krefelder Landwirt abschließend.

Skeptischer wurde das Thema Wasserstoff von Dr. Magnus Schmitt, Referent Landtechnik beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) betrachtet. Da die Landwirtschaft im Vergleich zur Automobilindustrie ein eher kleiner Markt sei, sei ein internationales Herangehen unabdingbar. Ebenso ein langfristiges Einvernehmen mit der Politik, angesichts der notwendigen, immensen Investitionen in Technik und Know-how. Es gibt also noch eine Menge zu tun, bis sich Wasserstoff als wettbewerbsfähige Energiequelle und Antriebsalternative etabliert. Insofern lässt sich die Einschätzung von Lucas Hüer als Fazit dieser sehr informativen Veranstaltung heranziehen: Ja, Wasserstoff ist eine Zukunftstechnologie, kurz- bis mittelfristig jedoch eher als ein Baustein der Zukunft zu sehen. Nicht mehr und nicht weniger.

Das Osnabrücker Land liegt im Zentrum der wohl am intensivsten bewirtschafteten Agrarregion Deutschlands. In einer hohen Dichte beherbergt es das komplette Wertschöpfungsnetzwerk der Primärproduktion über die Agrartechnik, führende Forschungseinrichtungen wie dem „Deutschen Forschungszentrum für künstliche Intelligenz“ bis hin zur Ernährungswirtschaft. Mit dieser Struktur ist der Wirtschaftsraum zwischen Oldenburg und Münster, das sogenannte „Agrotech-Valley“, einmalig in Europa. Damit bietet die Region beste Voraussetzungen für Verbesserungen der landwirtschaftlichen Praxis auf breiter Ebene. Um die wirtschaftliche Entwicklung des Agrarsektors und die Infrastruktur der Region zu fördern, gründeten Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Dienstleister der Agrarsystemtechnik im Sommer 2019 den Verein „Agrotech Valley Forum e.V.“.

Die Region Nordwest ist eine von insgesamt elf Metropolregionen in Deutschland. Sie wird von elf Landkreisen, fünf kreisfreien Städten, drei Universitäten und den Bundesländern Niedersachsen und Bremen getragen. Wirtschaft, Verwaltung, Politik und Wissenschaft arbeiten eng zusammen, um die Region und ihre Zukunftsfelder gemeinsam voranzutreiben. Laut Geschäftsführerin Nicola Illing gilt die klimaneutrale Gestaltung der Region als eine der Hauptaufgaben. Das Erzeugen, Speichern und Liefern von grünem Wasserstoff zähle dabei zu den Lösungsbausteinen. Hier verfüge die Region Nordwest über ideale Voraussetzungen.

Um Praxiserfahrungen mit dem Einsatz von Brennstoffzellen in Landmaschinen und mit der Tankinfrastruktur zu sammeln, ist jetzt im Rahmen des Verbundprojekts H2Agrar der Prototyp eines wasserstoffbetriebenen Fendt-Traktors in Betrieb gegangen.

Stationiert ist die Maschine nach Angaben von Agco-Produktmanager Leonard von Stillfried am „Grünen H2 Hub“ im emsländischen Haren, wo das Land Niedersachsen den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur fördert. Wie viele Jahre der Brennstoffzellen-Traktor dann noch bis zur Serienreife braucht, darauf wollte sich von Stillfried beim Fachkongress „Kraftstoffe der Zukunft“ auf der Grünen Woche in Berlin nicht festlegen. Mit dem jetzt anlaufenden Versuchsbetrieb werde zunächst die Grundlage für alle weiteren internen wie externen Diskussionen gelegt. „Es geht jetzt darum, Praxiserfahrungen zu gewinnen, was mögliche Einsatzzeiten oder den Anbau der notwendigen Gastanks angeht“, berichtete von Stillfried. Fendt testet den Traktorantrieb mit Brennstoffzellen seinen Angaben zufolge auch deshalb, weil batterieelektrische Landmaschinen bei schweren Feldarbeiten an Grenzen stoßen. Theoretisch würde der für einen Zwölf-Stunden-Tag notwendige Akku eines Großtraktors mit 380 kW um die 15 Tonnen auf die Waage bringen, rechnete der Agco-Manager vor. Solche Größenordnungen seien agronomisch nicht mehr sinnvoll. Und auch das Batterievolumen von 5 Kubikmetern müsste erstmal so auf dem Traktor angebaut werden, dass der Fahrer überhaupt noch etwas sehe.

Rückenwind könnte das Konzept des batterieelektrischen Traktors laut Prof. Peter Pickel vom John Deere European Technology Innovation Center (ETIC) in Kaiserslautern durch Fortschritte bei der Batterieentwicklung erhalten. „Wir denken, dass wir bis 2050 eine nochmalige Verdopplung der Speicherdichte hinbekommen“, erklärte Pickel. Diese Einschätzung teilt Produktmanager von Stillfried und verwies gleichzeitig auf Optimierungsmöglichkeiten durch die Art und Weise, wie Landwirtschaft in Zukunft betrieben wird. Ein Beispiel ist für ihn die Substitution schwerer Maschinen durch Schwarm-Technologien, die eine höhere Effizienz versprächen.

■ Für die Energiewende braucht es neben Photovoltaik und Windkraft auch Biogas und Wasserstoff als alternative Energie- und Antriebsvarianten.

■ Das Projekt „H2@AgTech“ zeigt auf, welche Potenziale sich beim Erzeugen, Speichern und Nutzen von Wasserstoff in Landwirtschaft und Landtechnik bieten.

■ Längst ist das Wirtschaften mit Wasserstoff Realität, wie viele interessante Beispiele aus Deutschland zeigen.

■ Die Landtechnik und Landwirtschaft brauchen die rechtliche, finanzielle Rückendeckung durch die Politik, damit sich Wasserstoff als Zukunftstechnologie durchsetzen kann.