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Wasserstoff: Schlüssel zur Sektorenkopplung und Defossilisierung

Das kleinste und häufigste Element unseres Universums ist Wasserstoff. Die gewichtsbezogene (gravimetrische) Energiedichte von Wasserstoff übertrifft mit 120 kJ/g alle uns bislang bekannten elektrischen Speichermöglichkeiten um mindestens zwei Größenordnungen. Das macht Wasserstoff als Energie-träger sehr attraktiv. Wasserstoff kann ergänzend zur direkten Elektrifizierung der langgesuchte Schlüssel für die weltweite Defos-silisierung der Sektoren darstellen. Die Herausforderungen für diesen Wandel sind groß – die Chancen allerdings auch. Denn der Einsatz von Wasserstoff bedeutet mitunter, dass seit Jahrzehnten etablierte und optimierte Produktionsmethoden angepasst oder komplett neu gedacht werden müssen. Insbesondere in der Hochlaufphase ist emissionsarme bzw. emissionsfrei gewonnener Wasserstoff zudem nur begrenzt verfügbar.

Sorgen wir jedoch dafür, dass dieser emissionsarm gewonnene Wasserstoff in großen Mengen einsetzbar ist, können viele Sektoren ihre Klimaschutzziele nach dem Klimaschutzgesetz erreichen.


Wasserstoff-Online Veranstaltungsserie 2022

Wasserstoff im Alltag: Veranstaltung am 03.05.2022

Wasserstoff im Alltag – Wir diskutieren, wie das gelingen kann
Wasserstoff ist in aller Munde, die ersten Brennstoffzellen-Autos und -Busse rollen auf den Straßen in Deutschland und unzählige (Förder-)Projekte werden kommuniziert. Aber wie wird Wasserstoff in der Zukunft tatsächlich in unserem Alltag integriert sein? Wo wird er vorkommen – bloß in der Mobilität oder etwa auch in der Strom- und Wärmeversorgung? Welche Rolle spielen dabei die Kommunen, welche Geschäftsmodelle gibt es und welche Vorteile werden dabei für die Bürgerinnen und Bürger erzielt? Wo liegen die Hürden, wenn Wasserstoffprojekte in der Region umgesetzt werden sollen?

Die VDE Wasserstoffexpertin Andrea Appel hat zwei Diskutanten eingeladen, die bereits Elektrolyseanlagen in ihren Kommunen installiert haben. Sie kennen die Vorteile und Potentiale, aber auch die Hürden. In der Diskussion mit den beiden Experten werden Antworten auf die genannten Fragen gesucht. Wir freuen uns auf eine angeregte Diskussionsrunde mit den Experten Marco Krasser (Geschäftsführer SSW Wunsiedel GmbH) und Dr. Tim Husman (Geschäftsführer Energy Hub Emsland Entwicklungsgesellschaft mbH).

Wir laden Sie herzlich ein mit zu diskutieren und gegebenenfalls Ihre konkreten Fragen zur Umsetzung solcher Projekte klären zu können, damit wir unsere energetische Zukunft schneller transformieren können.  Melden Sie sich hier an.

Wissensvermittlung: Veranstaltung am 07.06.2022

Schlau genug für die Wasserstoffanwendung? – Wissenslücken füllen
Das Thema Fachkräftemangel ist weder neu noch beschränkt es sich auf wenige Branchen. Wenn dann auch noch ein technologischer Wandel hinzukommt, bedeutet das, dass mit den veränderten Anforderungen Wissenslücken entstehen. Neue Technologien erfordern neue Berufe und somit neue Kompetenzen. Eine Technologie, die so weitreichend unsere bekannten Systeme auf den Kopf stellt, führt demnach zu einer großen Vielfalt an Berufsgruppen, die von der Veränderung betroffen sein werden. Die Integration von Wasserstoff in unsere Energiesysteme löst eine solche Kettenreaktion aus. Zudem sitzt uns bei diesem Thema die Komponente Zeit im Nacken, denn viel Zeit, Emissionsreduktionsziele zu erreichen, bleibt uns nicht.

In dieser Veranstaltung stellen wir Ihnen ein konkretes Projekt vor, dass tatkräftig die Wissenslücken füllt: Das Innovations- und Technologiezentrum Duisburg. Das Zentrum wird das ganze Spektrum von Innovationsentwicklung, Wissensvermittlung, Testung und Prüfung brennstoffzellenbasierter Antriebssysteme für den Straßen-, Schienen-, Wasser- und Flugverkehr sowie Aus- und Weiterbildung abdecken, insbesondere für Startups und KMU.

Darüber hinaus wird uns Herr Sven Geitmann (Herausgeber der Zeitschrift HZwei) einen Überblick über die Wasserstoffneuheiten von der Hannover Messe 2022 geben, die uns zeigen werden, in welche Richtung wir Wissenslücken füllen müssen.

Im Anschluss diskutieren wir mit Stefan Garche (Leiter Wasserstofftechnologien, VDE Renewables) und Joachim Jungsbluth (Senior Experte Wasserstoffsicherheit am  Zentrum für Brennstoffzellen Technik GmbH kurz ZBT) über die Anforderungen vorhandene Wissenslücken von Menschen im Berufsleben zu füllen und wie sich diese von Wissenslücken im universitären Kontext unterscheiden. Wir werden die Frage adressieren, welches Wissen zur Erreichung der Klimaschutzziele jetzt am dringendsten vermittelt werden sollte und natürlich werden wir Ihre Fragen einbeziehen. Melden Sie sich hier zu der spannenden Veranstaltung an. 

Flexibilitäten im Stromnetz: Veranstaltung am 05.07.2022

H2-Gesamtsystemintegration in der Praxis - Wo klemmt's?
Forschungslücken und Anwendungslücken zur Gesamtsystemintegration von Wasserstoff adressieren und diskutieren (zum Beispiel Fragestellungen wie Elektrolyse nur netzdienlich einsetzen, Speichereinsatz nur saisonal, wie steuern wir die Kombination aus Gas und Strom in der Zukunft).

In Kürze finden Sie auf dieser Seite die Link zur Anmeldung. Freuen Sie sich auf spannende Themen und Diskutanten.



Schiene steht im Mittelpunkt: Veranstaltung am 06.09.2022

Die Schiene noch nachhaltiger machen - Ist Wasserstoff die Lösung? Der Schienenverkehr soll bis 2050 klimaneutral werden. Bis 2030 sind laut Klimaschutzgesetz (2021) jährlich noch 85 Tonnen Kohlenstoffdioxidäquivalent zulässig. Im Jahr 2020 waren es noch 150 Tonnen. Allerdings sind heute 40 Prozent des deutschen Schienennetzes – einem der dichtesten der Welt – noch nicht elektrifiziert. Etwa ein Drittel der gefahrenen Zugkilometer wird aktuell von Dieseltriebzügen erbracht. Es müssen also Alternativen her. Zur Auswahl stehen: die bekannte Oberleitungslösung, die Batterie und Wasserstoffbrennstoffzellen. Doch wie kann die Entscheidung für eine neue Technologie gefällt werden? Passt die Alternative auf Basis technischer Aspekte zur Anwendung? Lässt sich die Alternative überhaupt wirtschaftlich umsetzen? Welche Emissionen verursacht der Betrieb mit der Umstellung schließlich? Sind alle Alternativen gleich gut für jeden Anwendungsfall?

All diese Fragen möchten wir mit Ihnen und unseren Diskussionsgästen diskutieren. Auf der Basis des Wissens von Nina Guckes und Wolfgang Klebsch (beide aus der VDE Gruppe) können Entscheidungen für die Alternativen in ihrem speziellen Anwendungsfall getroffen werden, denn eine Frage können wir schon vorwegnehmen: Es gibt bisher keine Alternative, die automatisch die beste Lösung ist. Die beiden werden uns näher bringen, welche Parameter für die Entscheidung ausschlaggebend sind. Darüber hinaus diskutieren wir mit Carsten Söffker (Alstom Gruppe) die Fragen im Kontext Wasserstoffeinsatz auf der Schiene:

  • In welcher Form wird Wasserstoff voraussichtlich zum Einsatz kommen?
  • Was muss berücksichtigt werden, wenn Wasserstoff als Alternative eingesetzt werden soll?

Wir bieten Ihnen auch in dieser Veranstaltung die Möglichkeit, sich an der Diskussion zu beteiligen. Die Anmeldung zu der Veranstaltung finden Sie in Kürze hier. 

Politische Einordnung: Zusammenfassung vom 01.02.2022

Im Jahr 2022 veranstaltet der VDE zehn Onlineveranstaltungen jeweils am ersten Dienstag im Monat zum Thema Wasserstoff. In dieser Veranstaltungsreihe stellen wir spannende Themengebiete aus Arbeitsbereichen von Mitgliedern für Mitglieder*innen vor und diskutieren diese gemeinsam mit den Zuhörenden.  Hier finden Se die Zusammenfassung der ersten drei Veranstaltungen:


2030 ist übermorgen – Wir diskutieren die Prioritäten der H2-Pläne der neuen Bundesregierung

Am 01.02.2022 haben wir mit Andreas Rimkus (Wasserstoffbeauftragter der SPD-Bundestagsfraktion) über die Wasserstoffpläne der Bundesregierung diskutiert. Aufgrund der aktuellen Situation in Europa gelten die vorgestellten Punkte zwar weiterhin, doch mit einer erhöhten Dringlichkeit. 

Das am 06.04.2022 veröffentlichte Osterpaket hat einige Punkte, die Andreas Rimkus in der Diskussion Anfang Februar bereits genannt hatte, nun in die Umsetzung gebracht. 
Schon im Februar stand fest: Die EEG-Umlage soll nicht erst Ende des Jahres, sondern im Sommer abgeschafft werden. Im Osterpaket ist nun festgeschrieben, dass keine EEG-Umlage mehr auf Eigenverbräuche und Direktbelieferungen hinter dem Netzver-knüpfungspunkt erhoben wird. Auf die Frage, wie der Wasserstoffmarkthochlauf umgesetzt werden kann, antwortete Rimkus mit vier wesentlichen Hebeln:  

  1. Hochlauf der emissionsarmen Wasserstofferzeugung (wobei blauer Wasserstoff nicht aus Bundesgeldern gefördert wird);
  2. Auf- bzw. Umbau der Transportinfrastruktur auf Übertragungsnetz- und Verteilnetzebene;
  3. Aufbau von Speichern (eine eindeutige und harmonisierte Speicherdefinition sei hierfür unabdinglich)
  4. Auf- bzw. Umbau der Verbrauchsanlagen - von der Brennstoffzelle über das Heizsystem bis zum Hochofen.

Diese Hebel würden mittels Regulierung, Förderung und Incentivierung umgesetzt werden können und müssen. Dabei gelte es, die Perspektive der regionalen Akteure nicht aus den Augen zu verlieren, denn sie sind es, die diese Transformation vor Ort tatsächlich umsetzen müssen.

Auf die Frage, ob der Wasserstoffeinsatz ausschließlich für den industriellen und Mobilitätseinsatz ausgerichtet sei, antwortet Rimkus: „Wir müssen das eine tun, ohne das andere zu lassen. Wir brauchen sowohl den Einsatz in Verbrauchsanwendungen als auch den Einsatz als Energiespeicher zur Integration der Erneuerbaren.“ Die Bedeutung, die Wasserstoff im Stromsektor als „Prosumer“ zukommt, wird durch das Osterpaket an verschiedenen Stellen unterstrichen. Als letztes Statement gab er den Zuhörenden mit: „Unter Berücksichtigung der 17 UN-Nachhaltigkeitsziele werden wir eine soziale Wasser-stoffmarktwirtschaft aufbauen.“

Die politische Richtungssetzung war somit der Auftakt für die VDE H2-Veranstaltungsreihe.

Automatisierte Produktion: Zusammenfassung vom 01.03.2022

Wasserstoff - automatisiert, digitalisiert und obendrein KI-basiert -
Wir diskutieren, wie das geht!


Am 01.03.2022 hatten wir Friedrich-Wilhelm Speckmann und Marco Roth vom Fraunhofer IPA zu Gast. Sie stimmten die Veranstaltung mit den Investitions- und Kapazitätsvolumina einiger europäischer Länder bis 2030 auf die Bedeutung von Wasserstoff im Energiesystem ein. Bis zu 6,5 GW Elektrolysekapazität und bis zu 10 Mrd. €. Das heißt, auf die Hersteller kommt einiges zu. Deshalb ist dringend geboten, die Produktionsprozesse zu optimieren. Durch Digitalisierung und Automation soll der nächste Schritt in die Massenproduktion ermöglicht werden. Die Qualitätskontrolle direkt im Herstellungsprozess zu integrieren, um Optimierung der Fertigungsparameter im Hinblick auf die elektrochemische Stackperformance zu gewährleisten, soll darüber hinaus Produktionskosten einsparen. Einige Brennstoffzellenhersteller seien laut Herrn Speckmann schon sehr weit in der automatisierten Produktion. Da sich Bauteile jedoch noch ändern, sollte dafür gesorgt werden, dass die Produktionsstraßen eine gewisse Flexibilität mitbringen. Die Herstellung von Containerlösungen wird allerdings weiterhin auf Handarbeit angewiesen sein und so für abwechslungsreiche Arbeitsplätze sorgen.
Ein weiteres Forschungsprojekt ist die Untersuchung der Optimierungspotentiale mit Zuhilfenahme von Quantensimulationen. Eine Forschungsfrage ist dabei, ob und wie Quantencomputing dabei helfen kann, neue Materialien, Katalyseverfahren oder Optimierungshebel zu finden und die Lebenszeit von Stacksystemen genauer vorherzusagen. Die Ergebnisse der Studien werden Anfang 2025 erwartet.

Standardisierung im kfz: Zusammenfassung vom 05.04.2022

FCEV vom Fließband - Alles schon standardisiert?

Im April blieb die Veranstaltungsreihe beim Thema Produktion. Diesmal ging es um die Produktion von Brennstoffzellen für den Straßenverkehr. Die DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik) und POLARIX Partner haben in dieser Veranstaltung die neue Studie zum Thema: „Brennstoffzellensysteme in der E-Mobilität“ vorgestellt.

Die Mitautoren Dennis Heusser (VDE Gruppe) und Dr. Daniel Wothe (Polarix Partner GmbH) beschrieben die Zusammenhänge zwischen Normungslücken und Kosteneinsparungs-potentialen. Die Ergebnisse der Studie wurden mit Dr. Tanja Schneider (Elring Klinger AG) und Professor Dr.-Ing. Thomas von Unwerth (Technische Universität Chemnitz) im Anschluss diskutiert.

In dieser Diskussion, wurde nochmal deutlich, welche Probleme die Industrie bei fehlenden Normen hat. Die Normung von Subsystemen in Wasserstoffbrennstoffzellen Fahrzeugen, ist für Hersteller sehr wichtig. Darüber hinaus wurde darüber diskutiert, ob der Bauraum der Fahrzeuge ebenfalls genormt werden sollte. Ein Standard ist wichtig, um die Produktionsreihen jetzt aufgebaut und Kosten gesenkt werden können. Dennoch können Produktionsprozesse flexibel an sich ändernde Anforderungen angepasst werden.
Beim Thema alternative Brennstoffzellenmaterialien, waren sich die Diskutierenden einig, dass die vergangene Entwicklung schon so enorme Fortschritte gemacht hat, dass der Einsatz von Platin bereits fast auf einem Niveau von Dieselkatalysatoren sei, was große Kostenvorteile generiert hat.

Die Diskutierenden signalisierten, dass die Zulieferer auf die Aufträge der OEMs warteten und dass zeitgleich die Normungsarbeit beginnen solle, um Produktionskosten zu reduzieren und die Technologie massentauglich zu machen.
 

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Netzwerk Wasserstoff

Die Fachleute in der Normung engagieren sich, um die Nutzung von Wasserstoff in verschiedenen Bereichen und für unterschiedliche Anwendungen sicher zu gestalten und ihn in intelligente Energiesysteme zu integrieren. Darüber hinaus unterstützt der VDE den Hochlauf der Technologie, indem er sich zum Beispiel im Bereich Bildung auf die Förderung von Fachkräften kümmert.

Allem voran hinterfragt der VDE vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit die Wasserstoffwertschöpfungskette immer wieder kritisch. Die Defossilisierung menschlicher Aktivitäten ist das übergeordnete Ziel.

Wir laden Sie ein, Teil des VDE Netzwerks zu werden und so - gemeinsam mit uns - eine Welt mit Wasserstoff nachhaltig, effizient und intelligent zu gestalten. Unsere Expertin Andrea Appel freut sich auf Sie.

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Die Fachleute in der Normung engagieren sich, um die Nutzung von Wasserstoff in verschiedenen Bereichen und für unterschiedliche Anwendungen sicher zu gestalten und ihn in intelligente Energiesysteme zu integrieren. Darüber hinaus unterstützt der VDE den Hochlauf der Technologie, indem er sich zum Beispiel im Bereich Bildung auf die Förderung von Fachkräften kümmert.

Allem voran hinterfragt der VDE vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit die Wasserstoffwertschöpfungskette immer wieder kritisch. Die Defossilisierung menschlicher Aktivitäten ist das übergeordnete Ziel.

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Wasserstoff – Frequently Asked Questions (FAQ)

Welche Herstellungspfade von H2 gibt es grundsätzlich

Grundsätzlich ist anzumerken, dass einige Pfade noch nicht endgültig kategorisiert wurden. 

  1. Grüner Wasserstoff wird ausschließlich über Elektrolyse unter Einsatz von erneuerbaren Energien (Wind, Sonne, Wasserkraft) gewonnen. 
  2. Gelber Wasserstoff wird auch durch Elektrolyse gewonnen, diese wird mit dem sog. Strommix aus erneuerbaren und fossilen Quellen betrieben.
  3. Roter (oder Violett, Pink oder Rosa) Wasserstoff wird ebenfalls durch Elektrolyse gewonnen, der Strom kommt aus Atomkraft. 
  4. Brauner und schwarzer Wasserstoff wird aus (Braun-)Kohle Vergasung gewonnen. 
  5. Grauer Wasserstoff wird mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. 
  6. Blauer Wasserstoff wird wie grauer Wasserstoff gewonnen. Das entstehende CO2 wird beim blauen Wasserstoff jedoch mittels Carbon Capturing and Storage (CCS)  aufgefangen und gespeichert oder durch Carbon Capturing and Utilization (CCU) zur Weiterverwendung abgetrennt. 
  7. Türkiser Wasserstoff ähnelt blauem Wasserstoff, das Verfahren ist hier jedoch die Methanpyrolyse. Es fällt kein CO2 an, sondern fester Kohlenstoff. 
  8. Orangener Wasserstoff wird aus Vergärung oder Vergasung von Biomasse gewonnen oder über Elektrolyse aus Strom von Müllheizkraftwerken. 
  9. Bisher ohne klare Kategorie ist der Herstellungspfad über Plasmalyse von industriellem Abwasser, Kunststoffen oder anderen Kohlenwasserstoffverbindungen. Die Technologie soll weniger energieintensiv sein als der Pfad über die Elektrolyse. 
  10. Auch Wasserstoff als Nebenprodukten hat noch keine Kategorisierung. Er fällt z.B. bei einigen Prozessen in der Chemieindustrie an. 
  11. Weißer Wasserstoff kommt ähnlich wie Erdgas in natürlicher Anreicherung im geologischen Untergrund vor. Noch ist allerdings unklar, inwiefern die Nutzung dieser Vorkommen technisch und wirtschaftlich durchführbar ist.


Welche Wasserstoffherstellung wird sich durchsetzen?

Langfristig sollte sich der Herstellungspfad durchsetzen, der im Gesamtwirkungsgrad am effizientesten ist. Das heißt, bei grünem Wasserstoff muss die Systemgrenze auch die Bereitstellung der Rohstoffe für die Erneuerbaren Energien Anlagen und Elektrolyseure einbeziehen.  Für andere Herstellungspfade heißt das auch die Bereitstellung der fossilen Energieträger oder Abfälle und die Umwandlungsreaktionen zu berücksichtigen.

Welche bzw. ob jetzt eine „Zwischenlösung“ für den Markthochlauf gebraucht wird und wie lange diese Lösung eine Rolle spielen würde, ist aktuell sehr umstritten. Einige Argumente, die in den Diskussionen gegen eine gezielte Förderung von "Zwischenlösungen" sprechen: 

  • Wirtschaftlichkeit der Zwischenlösung fraglich
  • Tatsächliche Emissionsreduktionmenge unklar 

Aus praktischer Perspektive wird es für Deutschland unter den derzeitigen Bedingungen (zu geringe Kapazität Erneuerbarer Energieanlagen und Elektrolyseleistung) nicht möglich sein, den Markthochlauf ohne blauen und türkisen Wasserstoff im angedachten Zeitrahmen umsetzen zu können. 

Ist CO2-Neutrale Wasserstoff Herstellung möglich?

Auch hier gehen die Meinungen und Ergebnisse von Studien auseinander. 

Grundsätzlich bedeutet CO2-Neutratlität oder Klimaneutralität, dass nicht mehr Treibhausgase emittiert werden, als über natürlichem Weg über Senken umgewandelt werden können. Um aussagekräftige Vergleiche machen zu können, müssen die Systemgrenzen der zu vergleichenden Herstellungspfade gleich sein. 

Wird nur der Betrieb der Anlagen verglichen, kann grüner Wasserstoff als CO2-frei angesehen werden. Wenn fossile Kohlenstoffverbindungen im Wasserstoffherstellungspfad enthalten sind, sollten sie nicht als CO2-frei oder CO2-neutral betrachtet werden. 

Ist Wasserstoff nicht doch klimaschädlicher als andere Treibhausgase?

Diese Frage lässt sich nicht leicht beantworten. Der VDE beantwortet diese Frage aus zwei Betrachtungswinkeln:  

Das Wasserstoffelement an sich: Wasserstoff ist ein Treibhausgas, das eine sechs-Fach schädlichere Wirkung hat, als Kohlenstoffdioxid. Je nach Emissionsort ist seine Wirkung (Weiterreaktion) noch nicht gänzlich ergründet. Reaktionsprodukte: Wasserstoff verursacht in Anwendungen wie Brennstoffzellen Wasserdampf, welcher Treibhauspotentiale hervorruft.  

Allerdings müssen die Mengenverhältnisse der unterschiedlichen Emissionen abgewogen werden. Bei der Verwendung von fossilen Energieträgern z.B. Uran oder Kohle entsteht meist ebenfalls Wasserdampf sowie diverse Treibhausgase.

Es bleibt festzuhalten, dass jedes Gas einen Einfluss auf die Atmosphäre hat, auch Wasserstoff. Vor diesem Hintergrund sollten die Emissionen und ihre Effekte auch im Hinblick von Wasserstoff genaustens untersucht werden.

Wo kann Wasserstoff grundsätzlich eingesetzt werden?

  • Als Netzstabilisator im Stromnetz (Speicherung von Überschussstrom)
  • Als chemischer Grundstoff für Chemieprodukte (z.B. Düngemittel)
  • Als Ersatzstoff in der Stahlindustrie. Hier besteht das Potenzial Kohle durch Wasserstoff zu ersetzen.
  • Als Kraftstoff in der Mobilität. Vorwiegend LKWs, Züge, Schiffe und Flugzeuge.
  • Als Ersatzgas für Erdgas kann Wasserstoff auch im Wärmemarkt angewendet werden. 

Wird Wasserstoff schon eingesetzt?

Schon heute ist er ein wichtiger Grundstoff in der chemischen Industrie z.B. in der Ammoniak Produktion. Der Bedarf steigt seit 1975 konstant an. 


Erfahren Sie mehr dazu in "The Future of Hydrogen". 

Wo wird Wasserstoff in Zukunft eingesetzt?

Das Potential von Wasserstoff ist sehr vielfältig und ergänzt sich mit anderen Technologien wie Batteriespeichern. Wo Wasserstoff eingesetzt werden wird, hängt in erster Linie davon ab, zu welchen Preisen er in Zukunft im Vergleich zu den jeweiligen Alternativen angeboten werden kann und wie hoch die CO2 Ersparnis ist. 

Ist Wasserstoff ein gefährliches Gas?

Mit jedem Energieträger ist ein aufmerksamer Umgang notwendig. Wasserstoff ist kein unbekanntes Medium. Der Umgang mit Wasserstoff ist bekannt und handhabbar. Normen und Standards sowie konstante Forschung garantieren einen sicheren Umgang mit dem Gas.


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