Grüner Wasserstoff wird grauen ersetzen, da neue Elektrokatalysatoren die Produktion kostengünstig machen

Günstigerer und grünerer Wasserstoff

Grüner Wasserstoff ist die Idee, Wasserstoff als Brennstoff aus erneuerbaren Energiequellen zu produzieren, wodurch er eine Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellt. Allerdings erfordert die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse teure und seltene Metalle der Platinfamilie.

Koreanische Forscher Prof. Jungki Ryu von der School of Energy and Chemical Engineering an der UNIST und Prof. Dong-Hwa Seo von der Department of Materials Science and Engineering an der KAIST haben einen neuen Katalysatortyp, Ruthenium, entdeckt, um die Verwendung von Platin oder Iridium zu vermeiden.

Genauer gesagt beruht es auf einer viel günstigeren und weniger umweltschädlichen Legierung aus Ruthenium, Silizium und Wolfram (RuSiW).

Der Wasserstoff-Regenbogen

Wasserstoff ist das häufigste Atom im Universum, wird jedoch auf der Erde nicht leicht als Brennstoff gefunden.

Derzeit wird der meiste produzierte Wasserstoff als sogenannter „grauer Wasserstoff“ hergestellt, der aus Methan (Erdgas) gewonnen wird und dabei viel Kohlenstoff in die Atmosphäre freisetzt. Dies ist nur eine der möglichen „Farben“ von Wasserstoff:

• Grauer/brauner Wasserstoff: aus fossilen Brennstoffen hergestellt.
• Blauer Wasserstoff: aus fossilen Brennstoffen hergestellt, jedoch mit CO₂-Abscheidung.
• Rosa Wasserstoff (manchmal auch gelber Wasserstoff genannt): aus Kernenergie hergestellt.
• Türkisfarbener Wasserstoff: entsteht durch die Pyrolyse von Methan. Dabei wird Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten. Der feste Kohlenstoff kann gespeichert oder für Anwendungen wie Kohlenstofffasern verwendet werden.
• Grüner Wasserstoff: aus erneuerbarer Energie hergestellt.

Grüner Wasserstoff ist die ideale Lösung und ein Ziel für die meisten klimabewussten Menschen. Seine Herstellung beruht auf einem Verfahren namens Elektrolyse, bei dem Wassermoleküle in gasförmigen Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. Dies ist ein recht energieintensiver Prozess, der ebenfalls von Katalysatorelementen der Platingruppe abhängt.

Die Suche nach grünem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein, um die Wirtschaft zu dekarbonisieren, da er Anwendungen abdecken kann, die reine Elektrizität nicht ermöglicht. Zum Beispiel, kann er die CO₂-Emissionen aus traditionellen Stahlherstellungsprozessen um 95 % reduzieren. Die Stahlproduktion macht 11 % der globalen Emissionen aus. Sie kann auch von Brennstoffzellen genutzt werden, um die Motoren von Autos, Lastwagen und Booten anzutreiben.

Sie könnte auch direkt zur Energiespeicherung oder zur Herstellung von Ammoniak verwendet werden, einem guten Kandidaten für Kraftstoff im Fernverkehrsschiff oder langfristige Energiespeicherung, worüber wir in unserem Artikel „The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks“ gesprochen haben.

Es ist seit langem bekannt, dass Ruthenium eine Alternative zu Platin bieten könnte, jedoch litt es unter Einschränkungen:

• geringere katalytische Aktivität im Vergleich zu Platin.
• geringere Stabilität im Vergleich zu Iridium.

Diese jüngste Entdeckung ergab, dass das Vorhandensein von Silizium um das Ruthenium‑Atom die Absorptionsintensität von H⁺ auf der Katalysatoroberfläche erhöht.

Die Stabilität wird durch einen dünnen Wolframfilm mit einer Dicke von 5~10 nm erhöht, der die katalytische Stelle von Ruthenium schützt. Dies ist dieselbe Art von Technik, die in der Halbleiterproduktion verwendet wird, bei der Wolfram in gasförmiger Form in einer sehr dünnen Schicht über dem Siliziumchip abgeschieden wird.

Sektoren, die profitieren

Durch die kostengünstigere und umweltfreundlichere Produktion von grünem Wasserstoff könnte diese Entdeckung mehreren Sektoren einen Schub geben:

• Hersteller von Brennstoffzellen, deren Wirtschaftlichkeit von günstigeren Brennstoffen profitiert.
• Produzenten von grünem Wasserstoff, die höhere Margen erzielen und einen wachsenden Marktanteil im Energiemarkt sehen könnten.
• Hersteller von grünem Ammoniak. Sie erhalten nicht nur günstigeren Wasserstoff für die Ammoniakproduktion, sondern die Massenanwendung von Ammoniak erfordert Katalysatoren zur Reduktion toxischer und „Super‑Treibhausgase“ wie NOx. Dies erfordert normalerweise ebenfalls Platin, aber vielleicht kann RuSiW hier ebenfalls eingesetzt werden?
• Der Sektor der erneuerbaren Energien, da die Massenproduktion von grünem Wasserstoff einen Abnehmer für „Überschuss“-Energie bei starkem Sonnen- oder Windaufkommen bietet.

Unternehmen, die profitieren

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon ist die Tochtergesellschaft der Aker-Gruppe, die sich auf grüne Energie konzentriert. Die Gruppe ist ein bedeutendes norwegisches Konglomerat mit Fokus auf erneuerbare Energien sowie Marine-/Offshore-Geschäfte. Aker Horizon ist die Holdinggesellschaft für mehrere Tochterunternehmen, darunter CO₂-Abscheidung, grüner Wasserstoff und erneuerbare Energien.

Quelle: Aker

Das Unternehmen ist besonders aktiv in der Erzeugung von Wasserstoff und grünem Ammoniak, mit dem Ziel, den arktischen Schiffsverkehr zu dekarbonisieren und fossile Brennstoffe durch wasserstoffbasierte Kraftstoffe zu ersetzen.

Quelle: Aker

Damit befindet sich Aker in einer hervorragenden Position, um von einer Kostenreduktion bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff zu profitieren. Es kann die gesamte vertikale Integration von grünem Ammoniak abwickeln, von Offshore-Windkraftanlagen über Wasserstofferzeugung bis hin zur Produktion von grünem Ammoniak.

Es arbeitet zudem an Projekten wie Waste-to-Energy in Frankreich, einer Biomasseanlage in Deutschland und CO₂-Abscheidung im Nahen Osten (Saudi-Arabien und VAE).

Damit ist es eine gute Aktie für Investoren, die eine breite Exponierung im Bereich der grünen Energie suchen, mit einer starken Positionierung bei grünem Wasserstoff und grünem Ammoniak, aber auch anderen grünen Energien sowie einer gewissen geografischen Diversifizierung.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) ist ein führendes Unternehmen im Bereich grüner Wasserstoff, mit Fokus auf Brennstoffzellen. Bemerkenswert ist, dass seine Brennstoffzellen über 40.000 Gabelstapler antreiben und die Umsätze seit 2013 um das Achtfache gestiegen sind. Das Unternehmen ist zudem aktiv im Aufbau von Wasserstoffinfrastruktur wie Wasserstoffproduktion, Logistik, großskaliger Stromerzeugung und Lieferungen.

Das Unternehmen strebt eine Skalierung an, um die Produktionskosten von 10 $/kg auf 4 $/kg zu senken, während die Produktion bis 2027 um das 14‑fache gesteigert werden soll. Natürlich würden neue Technologien, die den Platinbedarf für die Elektrolyse vermeiden, ebenfalls helfen.

Quelle: Plug Power

Aufgrund massiver Investitionen zur Erhöhung der Produktionskapazität um das 19‑fache seit 2020 ist das Unternehmen noch nicht profitabel. Dies führte zu einer fast Verdopplung des Umsatzes von Anfang bis Ende 2023.

Der größte Teil des aktuellen und prognostizierten Geschäfts wird voraussichtlich aus Nordamerika stammen. Strategische Übernahmen des Unternehmens, wie die von United Hydrogen und Giner ELX, haben seine Position in der Wasserstoffwirtschaft weiter gestärkt, indem sie seine Fähigkeiten in der Wasserstofferzeugung, Verflüssigung und Verteilung erweitert haben.

Das Unternehmen sieht seine Lösung entweder als direkten Mobilitätskraftstoff oder als Ergänzung zu Elektrofahrzeugen, da Wasserstoff den Druck auf das Netz durch das Spitzenladen von Elektrofahrzeugen verringern kann, das nicht mit den Tageszeiten der erneuerbaren Stromerzeugung übereinstimmt.

Quelle: Plug Power

Als großer Brennstoffzellenhersteller würde Plug Power stark von einer Hinwendung zu einer wasserstoff-/ammoniakbasierten Wirtschaft profitieren. Daher ist Plug Power eine gute Aktie, um auf eine generelle Wende hin zu Wasserstoff zu setzen, mit oder ohne Ammoniak. Der Fokus auf Kosten und Skalierung ist ebenfalls lobenswert.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard ist ein weiterer Hersteller von Brennstoffzellen und ein Pionier der Technologie mit seinem ersten Brennstoffzellenbus im Jahr 1993.

Das Unternehmen konzentriert sich auf Schwerlastmärkte: Busse, Lastwagen, Züge/Trams, Schiffe, Bergbau/Bau und Energie. Während Busse bisher das Kerngeschäft bildeten, erwartet das Unternehmen, dass bis 2025 Lastwagen ein bedeutendes Geschäftsfeld werden. Es rechnet zudem damit, dass Europa weiterhin sein Hauptmarkt bleibt (50‑60 %), gefolgt von Nordamerika (25 %).

Brennstoffzellen für den Lkw-Bereich werden voraussichtlich weiter wachsen und im Jahr 2030 einen Markt von 7,5 Mrd. $ darstellen (aus einem Gesamtmarkt von 195 Mrd. $), fast so groß wie alle anderen Wasserstoff‑/Brennstoffzellenanwendungen zusammen. Dieses Wachstum könnte sich beschleunigen, wenn die Preise für die Wasserstoffproduktion dank neuer Technologien sinken.

Quelle: Ballard

Aufgrund des höheren Leistungsbedarfs und des Bedarfs an schnellem Laden sind Schwerlastfahrzeuge ein guter Markt für Wasserstoff und Brennstoffzellen im Vergleich zu leichteren Fahrzeugen wie Autos. Es reduziert zudem den Bedarf an Oberleitung für Schienen und Oberleitungsbusse sowie das schnelle Aufladen für den Ferntransport.

Quelle: Ballard

Das Unternehmen ist auch im Bereich Ammoniak nicht unbekannt, zum Beispiel durch einen kürzlich geschlossenen Vertrag mit Amogy, um Brennstoffzellen für seine „Ammoniak‑zu‑Energie‑Plattform, die auf einer einzigartigen Ammoniak‑Spaltungstechnologie beruht“ bereitzustellen.

Während Elektrofahrzeuge eine realistische Chance haben, den Automarkt schnell zu übernehmen, sind schwerere Fahrzeuge schwieriger zu dekarbonisieren. Mit seiner etablierten Führungsposition im Sektor wäre Ballard ein Hauptprofiteur einer politischen Initiative hin zu einer Wasserstoffwirtschaft.

4. Seaborg

Seaborg ist ein dänisches Unternehmen, das einen kompakten, mit geschmolzenem Salz betriebenen Kernreaktor entwickelt, der zugleich ein schwimmendes Kraftwerk mit bis zu 800 MW ist.

Quelle: Seaborg

Das meerbasierte Design der Seaborg‑Kernreaktoren macht sie für Küstenstaaten geeignet, wobei Gespräche mit Indonesien und Norwegen geführt werden.

Seaborg arbeitet zudem mit dem weltweit führenden Schiffsbauunternehmen Samsung Heavy Industries zusammen, um schwimmende Kernkraftwerke in Kombination mit Wasserstoff- und Ammoniakanlagen zu entwickeln.

Obwohl sie häufig von grünen Politiken und Aktivisten bevorzugt werden, gibt es keine Vorgabe, dass Wasserstoff mit grünem Strom erzeugt werden muss, um CO₂-Emissionen zu reduzieren; es reicht, wenn die Energie aus einer kohlenstoffarmen Quelle stammt. Kernenergie ist also ebenfalls eine Option.

Daher könnte Seaborg zu einem integralen Bestandteil einer kernbasierten Wasserstoff‑ und Ammoniakwirtschaft werden. Und die einfache Bereitstellung und Mobilität der Kernreaktoren könnte eine hervorragende Option sein, um Wasserstoff an Häfen zu liefern.

Sie könnten sogar je nach saisonaler Nachfrage rotieren, zum Beispiel im Winter auf der Nordhalbkugel verbleiben (wenn die erneuerbare Produktion gering ist) und den Rest des Jahres an andere Standorte verlegen.

5. Bloom Energy

Der Mitbegründer von Bloom entwickelte in den 1960‑Jahren für das Projekt Gemini die erste Wasserstoff‑Brennstoffzelle und war in den 1980‑Jahren zudem ein Pionier der Elektrolyse.

Das Unternehmen hat 1 GW an dezentralen Primärstromlösungen für Hunderte von Kunden installiert, wobei 95 % aller seit 2018 in den USA installierten stationären Brennstoffzellen Bloom Energy (BE ) Server sind.

Quelle: Bloom Energy

Der Fokus von Bloom liegt auf Industrieanlagen, Rechenzentren, Krankenhäusern, Einzelhandelszentren und anderen großen Einrichtungen, zusammen mit dem Einsatz von Mikronetzen. Es arbeitet zudem an der Entwicklung von Brennstoffzellen für die maritime Schifffahrt.

Bloom erzielt den Großteil seiner Einnahmen aus dem Verkauf von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, was 75 % des Gesamtumsatzes ausmacht, wobei zwei Drittel der Verkäufe in den USA erfolgen.

Die Elektrolyseure des Unternehmens nutzen die Festoxidtechnologie, die pro Megawatt (MW) 20‑25 % mehr Wasserstoff erzeugt als ältere Verfahren wie die Protonenaustauschmembran (PEM).

Quelle: Bloom Energy

Als führender Anbieter von Brennstoffzellen‑Systemen für große Anlagen sollte Bloom von der günstigen Wasserstoffproduktion profitieren, selbst wenn das Aufkommen günstigerer, nicht‑platinbasierter Elektrolysekatalysatoren ebenfalls eine Bedrohung für die von ihm angebotenen Festoxid‑Elektrolyseure darstellen könnte.