GH2GH - Grüner Wasserstoff für dezentrale Energiesysteme in Subsahara-Afrika

In großen Teilen von Subsahara-Afrika ist die Stromversorgung über nationale Stromnetze mangelhaft. Ghana gilt als eines der entwickelten Länder der Subsahara-Region und verzeichnet ein großes Bevölkerungswachstum. 86% der Bevölkerung in Ghana haben im Jahr 2020 Zugang zum Stromnetz. Die Elektrifizierungsrate der Bevölkerung in der Region Subsahara-Afrika beträgt jedoch lediglich 48% und die der ländlichen Bevölkerung sogar nur 28,5%. Das nationale Stromnetz ist häufig unzuverlässig und Stromausfälle sind an der Tagesordnung. Off-Grid-Lösungen stellen oft die günstigste und zuverlässigste Art der Elektrifizierung dar.

Der Klimawandel hat bereits große Auswirkungen auf das Land, mit häufigen Dürren sowie einer Verschiebung von Trocken- und Regenzeiten. Der Akosombo Damm am Volta Stausee, dessen Kraftwerk mehr als ein Drittel der installierten Leistung in Ghana darstellt, führt seit Jahren wenig Wasser, was die Stromversorgung im Land weiter gefährdet. Die fehlende Stromproduktion wird häufig durch fossile Energieträger ersetzt, was zu einer Steigerung der CO₂-Emissionen der Stromproduktion führt.

Die Kosten für Solartechnik sind in den letzten Jahren stetig zurückgegangen und haben ein enormes Potenzial zur Energiebereitstellung. Dieses Potenzial kann in Kombination mit Speicherlösungen zur autarken Stromversorgung genutzt werden. Batteriespeicherlösungen sind gut geeignet, kurzfristig Energie zu speichern. Geht es um die Überbrückung von längeren Zeitperioden mit niedriger Sonneneinstrahlung, z.B. zu Regenzeiten in Ländern Subsahara-Afrikas, eignen sich Batterien aufgrund ihrer technischen Eigenschaften und hohen Kosten nicht als saisonaler Energiespeicher.

Darüber hinaus muss die Energieproduktion in Off-Grid-Solaranlagen oft gedrosselt werden, wenn der Strombedarf niedrig ist und die Batteriespeicher voll sind, was einen Anstieg der spezifischen Stromkosten bewirkt. Diese saisonal und temporär überschüssige Energie in Wasserstoff umzuwandeln und so flexibel zu speichern stellt eine große Möglichkeit für eine effizientere Nutzung von Solarenergie dar. 

Das Projekt GH2GH verfolgt das Ziel, den nachhaltigen Aufbau von Strukturen zur Implementierung grüner Wasserstofftechnologie für dezentrale Energiesysteme in Subsahara-Afrika zu ermöglichen. Dabei steht die ganzheitliche Entwicklung und Erprobung eines Produktsystems zur Produktion, Speicherung und Nutzung von grünem Wasserstoff in solar betriebenen Mini-Grid-Systemen sowie die Schaffung erforderlicher Rahmenbedingungen zur Nutzung des Systems im Zielland Ghana und in der Zielregion Subsahara-Afrika im Fokus. In einem Pilotprojekt werden Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellentechnologie unter Berücksichtigung lokaler Anforderungen technisch und wirtschaftlich erprobt und angepasst. Dazu wird am Pilotstandort in Tema, Ghana, ein Elektrolyseur zur Erzeugung von grünem Wasserstoff und ein Speichersystem mit spezifischen Komponenten in ein bestehendes Solar-Mini-Grid integriert. Eine Brennstoffzelle wandelt nach Bedarf den gespeicherten Wasserstoff in elektrische Energie um, damit der Pilotstandort vollständig vom Stromnetz autark werden kann. So sollen umweltschädliche Praktiken in netzfernen Energiesystemen, die z.B. durch den Einsatz von Dieselgeneratoren entstehen, vermieden werden sowie die Energieautarkie in sonnenarmen Zeiten erreicht werden.

Ziel ist es, den gesamten Lebenszyklus des Systems aus einer ganzheitlichen Perspektive mit Hilfe von Lebenszyklus- und Wirtschaftlichkeitsanalysen zu bewerten. Darüber hinaus werden Themenfelder wie die gesellschaftliche Akzeptanz, die Nachhaltigkeitsbewertung, die Entwicklung von Zukunftsszenarien und die Identifizierung weiterer Anwendungsfälle für grünen Wasserstoff in Ghana und Subsahara-Afrika untersucht. Im Fokus steht auch der Vergleich von Batterie- und Brennstoffzellensystemen mit dem Ziel, das richtige Verhältnis zwischen beiden Technologien zu finden. Darüber hinaus wird die End-of-Life-Phase betrachtet, indem Recyclingstrukturen in Ghana sowie Qualifizierungsmaßnahmen im Bereich des Recyclings von Komponenten der Wasserstofftechnologie untersucht werden. Für deutsche Unternehmen besteht ein erhebliches Potenzial, die im Projekt eingesetzten Systeme und Komponenten in Afrika zu exportieren und für weitere Anwendungsfälle zu replizieren. Voraussetzung dafür ist jedoch, die rechtlichen, politischen und administrativen Rahmenbedingungen zu schaffen und die Grundlage für einheitliche Umweltstandards zu legen. Das Projekt zielt daher darauf ab, mit Hilfe eines umfassenden Netzwerks die notwendigen Voraussetzungen zu schaffen. Darüber hinaus werden Qualifizierungsmaßnahmen wie Trainings of Teachers durchgeführt, um eine nachhaltige und bedarfsgerechte Nutzung des Systems zu gewährleisten und den Wissenstransfer der eingeführten Technologie vor Ort sicherzustellen.

Der Kern des Vorhabens besteht in der Entwicklung eines an lokale Anforderungen angepassten Produktsystems zur Produktion, Speicherung und Nutzung von grünem Wasserstoff für dezentrale Energiesysteme in Subsahara-Afrika. Der innovative Kern des Projekts ist die ganzheitliche Betrachtung des Systems über den Lebenszyklus, die Schaffung von Rahmenbedingungen zur Evaluierung und Erschließung von Anwendungsfällen sowie die Einbindung des neuen Produktsystems in eine bestehende, auf Blockchain-Technologie basierende Software-Plattform zur Gewährleistung einer effizienten Nutzung der einzelnen Komponenten und dem Aufbau eines Peer-to-Peer-Energiehandels.

Das Labor für Nachhaltigkeit in der Technik der Hochschule Bochum koordiniert das Forschungsprojekt, welches gemeinsam mit den Unternehmenspartnern Green Power Brains und SFC Energy sowie dem assoziierten Partner Don Bosco Solar and Renewable Energy Centre durchgeführt wird. Green Power Brains decken den Bereich der Weiterentwicklung der auf Blockchain-Technologie basierende Software-Plattform ab mit der Integration der Wasserstoff Systemkomponenten in das Solar-Mini-Grid-System. SFC Energy entwickelt die Brennstoffzellen Lösungen. Das Don Bosco Solar and Renewable Energy Centre fungiert als Betreiber der Hardware vor Ort. Das Konsortium entwirft gemeinsam die Lehreinheiten für die den Wissenstransfer und die Trainings vor Ort.

Mit der „Exportinitiative Umweltschutz“ fördert das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit  und Verbraucherschutz (BMUV) seit 2016 Projekte, die den Knowhow-Transfer und die Anwendung deutscher Umweltschutz-und Ressourceneffizienztechnologien unterstützen, schwerpunktmäßig in Schwellen-und Entwicklungsländern. Globaler Umwelt-und Klimaschutz kann nur gelingen, wenn die notwendigen Infrastrukturen, die rechtlichen, politischen und administrativen Rahmenbedingungen vorhanden sind.

Am Pilotstandort in Tema, Ghana versammelte sich das Projektkonsortium bestehend aus dem Labor für Nachhaltigkeit in der Technik der Hochschule Bochum, Green Power Brains und SFC Energy am Campus des assoziierten Partners Don Bosco Solar and Renewable Energy Centre zum offiziellen und gemeinsamen Startschuss des Förderprojekts GH2GH. Am 02. März 2023 trafen sich dazu erstmals ghanaische und deutsche Experten aus den Bereichen der Wasserstofftechnik, Energieversorgung und Mobilitätsbranche. Das GH2GH-Projektkonsortium stellte seine Pläne für die Implementierung von grünem Wasserstoff vor Ort vor und eine anschließende Podiumsdiskussion mit Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik bot Raum zur Diskussion wesentlicher Herausforderungen, um Wasserstoff für eine umweltverträgliche und zuverlässige Energieversorgung zu nutzen.

• Laufzeit: 01.01.2023 bis 31.12.2025 
• Themengebiet: grüne Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien 
• Förderprogramm: Exportinitiative Umweltschutz 
• Förderschwerpunkt: Pilot- und Modellvorhaben im Ausland 
• Förderkennzeichen: 67EXI6503A 
• Fördermittelgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) 
• Projektträger: Zukunft – Umwelt – Gesellschaft (ZUG) GmbH 
• Programmgesellschaft: NOW GmbH (Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie)
• Zielland: Ghana 
• Fördersumme: 907.022,01 € 

Pressemitteilung: Startschuss für grünen Wasserstoff in Ghana vom 24.03.2023

Pressemitteilung:Grüner Wasserstoff für Subsahara-Afrika vom 27.11.2024

Ermittlung des Einflusses der klimatischen Bedingungen auf das Wasserstoffsystem