Projektförderung
Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), Förderkennzeichen 01DM22002A
National Research Council of Canada (NRC)
Projektlaufzeit
01.10.2022 – 31.12.2025
Basierend auf der gemeinsamen Absichtserklärung von 2022 zur Gründung der kanadisch-deutschen Wasserstoffallianz zielt die Initiative darauf ab, einen transatlantischen Wasserstoffhandelskorridor zu fördern, der die Wasserstoffwirtschaft vorantreibt, die globale Energiewende unterstützt, den Klimaschutz stärkt und die Energiesicherheit verbessert. Als Antwort auf den Förderaufruf zu CO2-armen Wasserstofftechnologien reichte das Konsortium das H2CliP-Projekt ein, in dem sechs Partner zusammenarbeiten, um einen kooperativen Ansatz für die Modellierung und Auswertung von kohlenstoffarmen Wasserstoffanwendungen mit ihren Auswirkungen und Vorteilen innerhalb der kanadischen und deutschen Energiesysteme zu entwickeln.
Das übergeordnete Ziel von H2CliP ist es daher, zu bewerten, wie Wasserstoff in die Transformationspfade zur CO2-Neutralität in Kanada und Deutschland integriert werden kann, und die Rolle von Wasserstoff als Grundlage für die Umstrukturierung industrieller Wertschöpfungsketten zu erarbeiten.
Das H2CliP-Projekt ist eine dreijährige Forschungs- und Entwicklungsinitiative (2023–2025), die sich der Förderung von Wissensaufbau und Zusammenarbeit bei der Entwicklung einer transatlantischen Wasserstoffwirtschaft widmet.
Durch mehrstufige Modellierung und Analyse untersucht das Projekt das Potenzial für die Produktion von grünem Wasserstoff in Kanada und Deutschland sowie die Möglichkeiten für den bilateralen Handel zwischen den beiden Ländern.
1. Analyse des Energiesystems – Modellierung und Simulation von Energiesystemen, um zu bewerten, wie Industrien und Energiequellen im Rahmen einer internationalen Partnerschaft den Übergang zur Klimaneutralität vollziehen können.
2. Wirtschaftliche Analyse – Bewertung der makroökonomischen und sektoralen Auswirkungen der Umstrukturierung der Wasserstoff-Wertschöpfungskette, einschließlich der Auswirkungen auf das BIP, die Wertschöpfung und die nachgelagerten Industrien.
3. Lebenszyklusanalyse – Quantifizierung des CO2-Fußabdrucks der Wasserstoff-Wertschöpfungsketten zwischen Kanada und Deutschland.
Inhaltliche Ergebnisse
Szenarienrahmen
Die modellbasierte Analyse in H2CliP wird innerhalb eines Szenario-Rahmens durchgeführt, der klimapolitische Annahmen berücksichtigt und sich an den Emissionsverläufen des IEA World Energy Outlook 2024 „Announced Pledges” orientiert. Auf der Grundlage des Standardszenarios „Announced Pledges Technology Open” werden drei Varianten entwickelt:
"Announced Pledges Technology Open Optimistic", das von optimistischeren Entwicklungen bei den Investitions- und Betriebskosten sowie der Effizienz von Elektrolyseuren ausgeht.
"Announced Pledges Hydrogen Focus", bei dem alle Länder weltweit ihre Ziele für die Produktion von kohlenstoffarmem Wasserstoff durch Subventionen erreichen.
"Announced Pledges Hydrogen Trade", bei dem Kanada und Deutschland den Handel mit Wasserstoff und Derivaten zwischen Kanada und Deutschland subventionieren, um Handelsmengen zu erreichen, die auf der deutschen Wasserstoffimportstrategie basieren.
Ergebnisse zu Wasserstoffproduktion, -handel und -endnutzung
Für das Jahr 2050 zeigen die globalen Modellergebnisse unterschiedliche Perspektiven für die langfristige Entwicklung des gesamten Endenergiebedarfs. Sowohl im AD-MERGE- als auch im NEWAGE-Modell ist ein Anstieg des Anteils von Strom und Wasserstoff am Endenergieverbrauch zu beobachten, wobei das Wachstum bei Wasserstoff weniger stark ausfällt.
Auf nationaler Ebene veranschaulichen die Modellergebnisse für Kanada und Deutschland, wie die Klimaziele den Ausstieg aus der grauen Wasserstoffproduktion vorantreiben.
In den weiteren Announced Pledges Szenarien neben “Announced Pledges Hydrogen Trade” treten nur in PyPSA-EUR und TAM-Supply nennenswerte Wasserstoff- oder Derivateexporte von Kanada nach Deutschland auf.
Diese Modelle konzentrieren sich auf das deutsche Energiesystem und bilden eine umfassende Palette von Wasserstoffderivaten im internationalen Handel ab.
Im Gegensatz dazu sind NATEM und NEWAGE in Bezug auf die Bandbreite der Derivate, die international gehandelt werden könnten, begrenzt. Sie berücksichtigen zudem die inländische Wasserstoffnachfrage Kanadas. Folglich zeigen diese Modelle ohne Handelssubventionen einen viel geringeren oder gar keinen Handel zwischen Kanada und Deutschland.
Auf regionaler Ebene weist das Artelys Crystal Super Grid-Modell große Mengen an elektrolytischer Wasserstoffproduktion in der kanadischen Provinz Quebec aus, wobei die Elektrolyse eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Stromnetzes durch Kapazitätsdienste spielt.
Die Ergebnisse des ETEM-Modells für den Großraum Montreal zeigen einen deutlichen Anstieg der Wasserstoffnachfrage, insbesondere zwischen 2040 und 2050, der in erster Linie auf die Dekarbonisierung des Schwerverkehrs und industrieller Anwendungen zurückzuführen ist.
Weitere Informationen zu den Ergebnissen sind in der entsprechenden Veröffentlichung zu finden.
Ergebnisse der prospektiven LCA zu Wasserstoffexporten von Kanada nach Deutschland
Basierend auf diesen Modellerungsergebnissen werden die Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit der Wasserstoffversorgung von Kanada nach Deutschland in einer prospektiven Lebenszyklusanalyse im Szenario „Announced Pledges Hydrogen Trade” bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Ammoniak als Wasserstoff-Transportvektor im Vergleich zu flüssigem Wasserstoff mit einem höheren GWP100 verbunden ist. Darüber hinaus bleiben selbst in Stromsystemen ohne fossile Energieerzeugung Treibhausgasemissionen aufgrund der in der erforderlichen Infrastruktur enthaltenen Emissionen bestehen.
Weitere Informationen zu den Ergebnissen sind in der entsprechenden Veröffentlichung zu finden.
Auswirkungen des Projekts
Das Projekt ermöglichte die fachliche Weiterentwicklung von einem Postdoktoranden, acht Doktoranden, sechs Masterstudenten, fünf Praktikanten, drei Nachwuchswissenschaftlern im Bereich Energiemodellierung sowie die Einstellung von Vollzeitforschern.
Die Partner entwickelten und verbesserten nationale und internationale Modelle, darunter Modelle mit Sektorenkopplung, detaillierte Wasserstoffmodule, Darstellungen von Lieferketten und Tools zur Kohlenstoffbilanzierung. Diese Modelle unterstützen die Bewertung der Rolle von Wasserstoff bei der Umstellung auf kohlenstoffarme Energiequellen, bei Investitionsstrategien und bei der Umstrukturierung industrieller Wertschöpfungsketten.
1. Vier Vorträge auf internationalen Konferenzen: Gastredner bei HyFcell Canada (2024, 2025), beim GERAD- und Energy Modelling Hub (EMH)-Symposium „Decision Support for Addressing Climate Change” (2025) und Organisation einer Podiumsdiskussion bei HyFcell Stuttgart 2025 (Kanada–Deutschland 3+2, Podiumsdiskussion zum Thema kohlenstoffarmer Wasserstoff).
2. Ein Artikel in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift (plus ein Manuskript in Arbeit): Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 215, June 2025, 115544.
3. Zwei technische Berichte (plus ein Bericht in Arbeit): Cahier du GERAD G-2025-74 (manuscript pre print); G-2024-20 (RSER pre print)
4. Eine Website: Es wurde eine Website erstellt, auf der die Zusammenarbeit, die Partner, die entwickelten Fähigkeiten, die Auswirkungen für die Partner sowie öffentlich zugängliche Ergebnisse zusammengefasst sind.
5. Organisation von zwei Lerndialogen pro Jahr (insgesamt fünf) wobei durchschnittlich 10 externen Experten eingeladen waren, um den Wissensaustausch und den Aufbau von Communities zu fördern, einschließlich eines abschließenden Outreach-Tages, an dem die Projektergebnisse vorgestellt wurden (Kanada Deutschland 3+2 Stakeholder, die die Ausschreibung für kohlenstoffarmen Wasserstoff initiiert hatten, nahmen ebenfalls teil).
Beteiligte Forschungsbereiche
- Energiewirtschaft und Sozialwissenschaftliche Analysen
Interne Projektleitung - Systemanalyse und Erneuerbare Energien
Ihre Ansprechpartner
Ludger Eltrop
Dr.Abteilungsleiter
Jonathan Siegle
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter