Wasserstoff: Bosch steigt in die Produktion von Komponenten für Elektrolyseure ein

Professionelle Kunden, die Wasserstoff schon heute zur industriellen Produktion nutzen, gibt es bisher nur relativ wenige. Die Robert Bosch GmbH gehört dazu. Im „Leitwerk Industrie 4.0“ im saarländischen Homburg demonstriert der Weltkonzern aus Stuttgart, wie ein Wasserstoffkreislauf in der „klimaneutralen Fabrik der Zukunft“ aussehen kann. Dort tanken Fahrzeuge mit Brennstoffzellen-Antrieb flüssigen Wasserstoff, der mit Bosch-Technik zuvor komprimiert wurde. Stationäre Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff in Wärme und Strom um, um so die industriellen Produktionsabläufe im Werk zu befeuern. Fehlt nur noch ein Technologiebereich, um den „Wasserstoffkreislauf“ vollends zu schließen: die Erzeugung von Wasserstoff per Elektrolyse – und entsprechende Elektrolyseure.

Kurz vor Beginn der Hannover-Messe 2022 hatte Bosch bekanntgegeben, dass die Firma diese letzte Lücke in Kürze schließen wolle. Der weltweit größte Hersteller industrieller Elektrobauteile hat beschlossen, in die Massenfertigung von Komponenten für Elektrolyseure einzusteigen. Die GreenTech-Maschinen werden künftig in Mengen benötigt, um möglichst viel „überschüssig erzeugte“ Energie aus erneuerbaren Quellen in Wasserstoff umzuwandeln. Nur so nämlich lässt sich diese Energie speicherfähig, transportierbar und industriell einsetzbar machen.

Zur Dekarbonisierung der Industrie werden riesige Wasserstoffmengen benötigt

„Wir haben beim Klimaschutz keine Zeit mehr zu verlieren. Deshalb wollen wir den raschen Aufbau der Wasserstoffproduktion im industriellen Maßstab mit erstklassiger Technik unterstützen.“ Das hat Stefan Hartung, Vorsitzender der Geschäftsführung der Robert Bosch GmbH, bei der Vorlage der Jahresbilanz Anfang Mai angekündigt. Und Rolf Najork, in der Konzern-Geschäftsführung zuständig für den Bereich Industrietechnik, ergänzt: „Die Industrie muss einen wesentlichen Beitrag zu Umwelt- und Klimaschutz leisten – und sie kann es auch.“ Grüne Fabriken seien längst keine Fantasiegebilde mehr. „Grüne Fabriken sind Realität. Wir brauchen nur mehr davon.“

Für den Hochlauf des Wasserstoffmarkts in Europa ist der Einstieg des schwäbischen Elektro-Giganten ein entscheidend wichtiges Signal. Es zeigt, dass nun auch der Weltmarktführer an die Zielvorgaben glaubt, die die Europäische Union zuletzt verlautbart hat. Rund zehn Millionen Tonnen „erneuerbar elektrolysierten Wasserstoffs“ werden laut der EU-Experten bis 2030 jährlich benötigt – gerade in energieintensiven Branchen wie der Stahl- und der Chemieindustrie sowie dem Schwerlastverkehr.

Diese immense Menge an Wasserstoff zu erzeugen – dafür braucht es künftig nicht ein paar hundert, sondern Zehntausende von Elektrolyseuren. Die Komponenten dafür werden in ein Marktvolumen wachsen, das weltweit auf 10 bis 14 Milliarden Euro geschätzt wird. Der Großteil dieser Summe wird in der ersten Wachstumsphase auf europäische Abnehmer entfallen. Und Bosch will einen gewichtigen Anteil davon liefern. Das Unternehmen, das die Elektrolyse-Komponenten im Geschäftsbereich „Mobility Solutions“ ansiedelt, will bis zum Ende des Jahrzehnts bis zu 500 Millionen Euro investieren.

Das Herzstück der Elektrolyseure – der „Stack“

Der Stack, also der Stapel mehrerer Hundert einzelner Zellen, bildet in Elektrolyseuren – genau wie in Brennstoffzellen – das zentrale Element. In jeder der in Serie geschalteten Elektrolyseur-Zellen wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die Elektrolyse ist also die Umkehrung des chemisches Prozesses, der in Brennstoffzellen abläuft. Sie trennt die beiden Wasser-Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff unter Anlegung von (erneuerbarem) Strom säuberlich voneinander. Die Brennstoffzelle dagegen bringt die beiden Gase wieder kontrolliert zusammen. Aus dem „Re-Mix“ lassen sich große Mengen an elektrischer Energie erzeugen.

In beiden Richtungen erfolgt die chemische Reaktion jeweils über eine Proton-Exchange-Membran (PEM). Bosch kombiniert den Elektrolyseur-Stack mit eigenen Steuergeräten, Leistungselektronik und Sensoren zum sogenannten „Smart Module“. Von 2025 an will der schwäbische Edel-Zulieferer diese Module in hohen Stückzahlen an Hersteller von Elektrolyseanlagen und Industriedienstleister liefern. Erste Pilotanlagen sollen schon 2023 in Betrieb gehen.

Modular aufgebaute Elektrolyseure: mehr Leistung und flexiblere Wartung

Bei der Entwicklung will Bosch mit Ziulieferern zusammenarbeiten und deren Module zu unterschiedlich großen und leistungsstarken Endprodukten kombinieren. Für kleinere Anlagen bis zehn Megawatt (MW) Leistung sollen die Bosch-Stacks ebenso nutzbar sein wie für Großanlagen mit mehreren Gigawatt (GW). Der „grüne“ Strom dazu soll vorrangig aus der „Überproduktion“ von Windparks kommen – aber auch aus großen Photovoltaikanlagen.

Vollends zum „Gamechanger“ machen können Endanwender die smarten Stacks, wenn sie sie über die Bosch-Cloud vernetzen. Die intelligente Steuerung erlaubt es, die Wasserstoffproduktion künftig viel effizienter zu gestalten als bisher. Gleichzeitig verlängert sich damit nach Angaben der Firma die Lebensdauer der Stacks.

Ziel ist es außerdem, durch modular aufgebaute Elektrolyseure die Wartung an den Anlagen flexibler zu machen. Bei anstehenden Arbeiten muss künftig nicht mehr die komplette Anlage abgeschaltet werden, sondern nur noch Teilbereiche. Die Restanlage dagegen kann kontinuierlich weiterlaufen. Derzeit arbeitet Bosch an Servicekonzepten, die auch das Recycling der Komponenten umfassen.

Dekarbonisierung, Skaleneffekte und Sicherung von Arbeitsplätzen

Anders als viele Hersteller derzeit marktgängiger Elektrolyse-Komponenten kann Bosch seine „Smart Modules“ in Masse fertigen – und so erhebliche Skaleneffekte erzielen. „Hohes Tempo und niedrige Kosten sind die entscheidenden Faktoren beim Hochlauf der Wasserstoffproduktion.“, sagt Markus Heyn, Vorsitzender des Unternehmensbereichs Mobility Solutions. An mehreren europäischen Standorten will Bosch parallel mit der Industrialisierung beginnen. Dazu zählen Bamberg und Feuerbach in Deutschland, Tilburg in den Niederlanden, Linz in Österreich sowie Budweis in Tschechien.

In dem neuen Geschäftsfeld sieht Bosch auch die Chance, in seiner derzeit leicht schwächelnden Mobility-Sparte Beschäftigung zu sichern. In den kommenden Jahren werden mehrere Hundert Arbeitsplätze im Bereich der Elektrolyse-Komponenten entstehen. Sie können andere ersetzen, die durch den Wegfall vieler Komponenten für Verbrenner-Autos überflüssig werden. „Wir schlagen drei Fliegen mit einer Klappe und leisten wichtige Beiträge in den Bereichen Ökologie, Ökonomie und soziale Sicherung“, betont Heyn.

Bosch treibt auch stationäre Brennstoffzelle weiter voran

Nach langer Skepsis ist nun auch Bosch vom Energieträger Wasserstoff überzeugt – und arbeitet gleichzeitig an Brennstoffzellen für mobile und stationäre Anwendungen. Letztere soll als dezentrale Festoxid-Brennstoffzellen-Kraftwerke in Städten, Rechenzentren, Handel und Gewerbe zum Einsatz kommen.

Mit der mobilen Brennstoffzelle will Bosch den klimaneutralen Transport von Waren und Gütern zunächst in schweren LKWs ermöglichen. Zum Einsatz kommen sollen Sensoren, elektrische Luftverdichter und Stacks bis zum kompletten Brennstoffzellen-Modul. Der Serienstart soll noch in diesem Jahr erfolgen.

Aufmacherbild: Bosch