Der überwiegende Teil des Wasserstoffverbrauchs im Verkehrssektor in den kommenden Jahren wird wahrscheinlich auch im Straßenverkehr stattfinden, aber auch der Schienenverkehr wird zum Wasserstoffverbrauch beitragen, da Züge erprobt und auf nicht-elektrifizierten Strecken, wo batteriebetriebene Triebwagen Nachteilen ausgesetzt sind, eingesetzt werden könnten. Darüber hinaus gibt es interessante Anwendungen im Schiffsverkehr und es werden vermehrt Fähren, die mit Brennstoffzellen angetrieben werden. Schiffe, die Ammoniak oder Methanol als Treibstoff nutzen, könnten in den kommenden Jahren ebenfalls zu einer zusätzlichen Nutzung von emissionsarm hergestellten Wasserstoff führen, wenn diese Technologien die Marktreife erreichen. Um die Verwendung von synthetischem Kerosin oder sogar die direkte Verwendung von Wasserstoff beispielsweise als Flugzeugtreibstoff im Verkehr zu ermöglichen, ist es wichtig, diese noch nicht kommerziell verfügbaren Technologien voranzutreiben, um deren Einführung von zu beschleunigen. 

Aktuell gibt es ein größeres Momentum im Bereich der Brennstoffzellen-Lkws als bei leichten Nutzfahrzeugen, Bussen oder PKWs; vor allem in China, dank günstiger politischer Rahmenbedingungen und verbesserter Infrastruktur. Brennstoffzellen-Lkw werden aber auch außerhalb Chinas in der Praxis erprobt, insbesondere in Europa, wo es darüber hinaus eine Reihe von Ankündigungen für die Beschaffung von Brennstoffzellen-Lkws gibt. Auch die Aktivitäten im Bereich der Wasserstoffverbrennung nehmen zu, was die Nachrüstung von Dieselmotoren ermöglicht.  

Die erfolgreiche Einführung emissionsarmer Straßenfahrzeuge wie Batterieelektrisch- oder Wasserstoff-beriebene Fahrzeuge ist stark vom Ausbau der Tank- bzw. Lade-Infrastruktur abhängig. Die aktuellen Verordnungen der EU sehen bis 2030 alle 200 km entlang der großen Straßennetze sowie an allen städtischen Knotenpunkten Wasserstofftankstellen vor, insbesondere um die wachsende Flotte von Brennstoffzellen-Lkw zu versorgen.² Die Einrichtung "sauberer" Wasserstoff-Drehkreuz, beispielsweise die Errichtung einer Wasserstoffbetankungsinfrastruktur in Häfen, eröffnet die Möglichkeit, Wasserstoff nicht nur für LKWs, sondern auch für Gabelstapler und Containerstapler zur Verfügung zu stellen, und so das Risiko zu streuen.  

Globale Pilot- und Demonstrationsprojekte für emissionsfreie Schiffstechnologien identifiziert, vor allem hinsichtlich Wasserstoff-Brennstoffzellen und der Verbrennung von Ammoniak, Methanol oder Wasserstoff. Die EU plant den Einsatz von kohlenstoffarmen Kraftstoffen in der Schifffahrt zu erhöhen, wobei besondere Anreize für nicht-biologische Kraftstoffe wie etwa kohlenstoffarmen Wasserstoff gegeben werden.  

Für die Dekarbonisierung der Schadstoffe aus der Luftfahrt sind nachhaltige Flugkraftstoffe (SAF), einschließlich synthetisches Kerosin auf Wasserstoffbasis, im Vergleich zu anderen potenziellen Lösungen technologisch am weitesten fortgeschritten. Synthetisches Kerosin kann fossilen Düsenkraftstoff direkt ersetzen, ohne dass ein Technologiewechsel notwendig ist. Dies kann seine Akzeptanz erleichtern, da die technologischen Hürdenentsprechend gering sind und es bereits einige Abnahmevereinbarungen von Luftfahrtunternehmen, allerdings sind die hohen Produktionskosten nach wie vor ein erhebliches Hindernis, das den Umfang und die Geschwindigkeit der Einführung begrenzt  

Forschung, Entwicklung und Innovation  sind in den zuvor beschriebenen Bereichen dringend erforderlich, um unter anderem die Performance und Haltbarkeit der Technologien zu verbessern und die Kosten für Wasserstoff auf dem Markt zu senken. Zusammenfassend, muss den folgenden Bereichen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden:

Verbesserung der Effizienz und Zuverlässigkeit der Technologien: Die optimale Verfügbarkeit aller Technologien und die Minimierung der mittleren Zeit zwischen zwei Ausfällen müssen verbessert werden, zusammen mit einem besseren Verständnis und einer Verbesserung der Aspekte der Verschlechterung und der Lebensdauer. Auch die Flexibilität von Rohstoffen wie Meer- oder Abwasser erfordert noch erhebliche Anstrengungen, und der Reifegrad ist zu gering, um zu gewährleisten, dass die Ergebnisse der Clean Hydrogen Partnership für die nächsten Schritte ausreichen werden.

Entwicklung leistungsfähiger Materialien für Wasserstoff: Wasserstoff ist kein einfach zu handhabendes Element. Die Entwicklung neuer, leistungsfähiger und kosteneffizienter Werkstoffe in verschiedenen Bereichen der Versorgungsketten wird erforderlich sein. Dies betrifft z. B. Undurchlässigkeit, Temperatur und Versprödung, da Wasserstoff oft mit extremem Druck und/oder extremen Temperaturen verbunden ist.

Reduzierung und sogar Substitution von ZRM und per- und polyfluorierte Chemikalien (PFAS): Die Beseitigung/Reduzierung von ZRM und PFAS, die möglicherweise als der heilige Gral der Wasserstofftechnologien angesehen wird, wird aus Kosten- und EU-Resilienzgründen im Falle von ZRM und PFAS und aus potenziellen Umweltgründen im Falle von PFAS seit Jahrzehnten im Rahmen von Forschung und Entwicklung angestrebt. Die Bemühungen müssen jedoch fortgesetzt werden, und zwar möglicherweise in größerem Maßstab und nicht in Form von verstreuten und größenmäßig begrenzten Einzelprojekten, die dem Prinzip der strategischen Forschungsherausforderungen folgen und Raum für internationale Zusammenarbeit bieten. Sie ist besonders relevant, da sie sich mit Schlüsseltechnologien für Wasserstoff befasst, vor allem mit Technologien auf der Grundlage von Protonenaustauschmembranen, aber auch mit Festoxidtechnologien.

Entwicklung von Technologien im Megawatt-Maßstab: Während die vorangegangenen Gemeinsamen Unternehmen die Alkali- und PEM-Technologien zu einem Reifegrad gebracht haben, der eine Maßstabsvergrößerung ermöglicht, befinden sich andere Elektrolyse-Technologien noch im Entwicklungsstadium und können bestenfalls im 100-kW-Maßstab demonstriert werden. Festoxid-Elektrolyseure, Elektrolyseure auf der Grundlage von Anionenaustauschmembranen sowie andere Produktionsmethoden wie die Erzeugung von Wasserstoff aus direktem Sonnenlicht oder aus Algen sind konkrete Beispiele für vielversprechende, aber noch junge Technologien.

Energiespeicherung: Wasserstoff kann eine einzigartige Rolle beim Ausgleich des Energiesystems spielen, in dem immer mehr nicht steuerbare Energieflüsse in eine alternde Energieinfrastruktur eingespeist werden. In der Tat ist Wasserstoff das einzige Medium, das für die langfristige, saisonale Speicherung realistisch zur Verfügung steht. Während Salzkavernen eine gewisse Reife für die Nutzung erreichen werden, bei der die Zyklierbarkeit ein neues technisches Merkmal ist, werden Medien wie erschöpfte Gasfelder und Aquifere noch auf der frühen Ebene der Pilotdemonstration verbleiben, wobei erhebliche Mittel mobilisiert werden müssen, um die Herausforderung durch mehrere kleine Projekte und Demonstrationsprojekte im Vorfeld des Großmaßstabs angemessen zu bewältigen. Die Kosten für erneuerbare Energien sollten immer in Verbindung mit der zugehörigen Speicherlösung betrachtet werden, um die Pilotfunktion der fossilen Brennstoffe wiederherzustellen.

Infrastruktur für Verkehrsanwendungen: In Verbindung mit der Entwicklung von Bausteinen initiiert die Clean Hydrogen Partnership lediglich die dringend benötigte Entstehung von Knotenpunkten wie Häfen und Flughäfen, an denen ausreichend ausgereifte Anwendungen (Lkw, Busse, Landfahrzeuge) in Angriff genommen werden können. Der Weg zur nahtlosen Betankung von Flugzeugen oder großen Schiffen mit massiven Treibstoffmengen über Mehrzweck-HRS mit verschiedenen Drücken, hoher Verfügbarkeit und der Fähigkeit zur Back-to-Back-Betankung, die derzeit an solchen Knotenpunkten nicht üblich ist, wird jedoch gerade erst eröffnet. Diese Herausforderungen umfassen die Bedürfnisse von PNR und RCS, da es sich um öffentlich zugängliche Bereiche handelt, die mit anderen Anwendungen in der Nähe dieser Knotenpunkte verbunden sind.

Demonstration von Ökosystemen: Das Konzept des Tals wird im Rahmen der Partnerschaft für sauberen Wasserstoff mit hoher Geschwindigkeit entwickelt, doch wird ein signifikanter Erfahrungsgewinn aufgrund der für diese Art von Projekten erforderlichen Entwicklungszeit erst viel später eintreten. Darüber hinaus müssen noch verschiedene Arten von Konfigurationen und Größen sowie deren Verbindung über Regionen und Länder hinweg demonstriert werden. Die Realisierung von Port-2Port-Konzepten, die eng mit der Entwicklung der Infrastruktur für Verkehrsanwendungen verbunden sind, wird sich direkt auf die neuen Terminals auswirken, die groß genug sind, um den im Rahmen von REpowerEU vorgeschriebenen Wasserstoffimport nach Europa zu bewältigen, und für die noch Schiffe entwickelt werden müssen, einschließlich sauberer Energiespeicher und Stromumwandlungssysteme (siehe Entwicklung von Bausteinen).

Schwer abbaubare Sektoren: Die Clean Hydrogen Partnership führt saubere Wasserstofftechnologien in so genannte "schwer abbaubare" Sektoren ein, doch die Anstrengungen zur Erleichterung der Skalierung sind entmutigend. Sie bezieht sich auf energieintensive Industrien sowie auf Anwendungen im Schwerlastverkehr, wo der derzeitige Umfang der Wasserstofftechnologien, die oft die einzige realisierbare Option sind, bei weitem nicht den Anforderungen der Endnutzer entspricht, sei es in Bezug auf Leistung, Energie, Versorgung und Preis. Auch die vorindustrielle Kopplung mit erneuerbaren Energien ist aufgrund der Größe der erforderlichen Anlagen (>100 MW) und der Umwelt (Offshore) noch weit entfernt. In vielen Fällen ist der Aspekt der Kreislaufwirtschaft, d. h. die Umwandlung eines Abfalls in einen Rohstoff für einen anderen industriellen Prozess, ein entscheidender Hebel für die Systemeffizienz, wobei die Clean Hydrogen Partnership und Processes 4 Planet einen solchen Ansatz initiieren, aber die Aufgabe bleibt sowohl im Hinblick auf den Umfang als auch auf den F&I-Bedarf erheblich.

Recyclingtechniken und Kreislaufwirtschaft: Diese Aspekte gehen Hand in Hand mit der Verringerung des Einsatzes von ZRM und der Notwendigkeit, Kreisläufe zu schließen. Während sich Recyclingtechniken für Wasserstofftechnologien herausbilden, müssen diese Techniken industrialisiert werden, da die Mengen der zu recycelnden Produkte steigen werden. Industrielle Techniken zur Rückgewinnung von Platinmetallen mit sehr hohen Raten und zur Steuerung der Rückgewinnung von PFA, die gleichzeitig den Energieverbrauch und damit die Wettbewerbsfähigkeit mit der Primärproduktion verringern, sind eindeutige Herausforderungen für den Sektor, für die die Clean Hydrogen Partnership zu früh kommt und nur den Weg ebnen kann.

Automatisierte Massenfertigungstechniken: Da mehrere Technologien inzwischen so weit ausgereift sind, dass die meisten Kostensenkungen über die Stückzahlen erreicht werden können, werden Fertigungsfragen entscheidend, um eine kumulative Produktion von Systemen in der Größenordnung von GW/Jahr zu gewährleisten. Auch wenn der Automobilsektor als Beispiel angeführt werden könnte, gibt es heute nur sehr begrenzte automatisierte Produktionskapazitäten und -werkzeuge (z. B. Beschichtungen, Qualitätskontrolle, MEA-Produktion), und der Bedarf an F&E, um die MRL und die damit verbundenen Produktionsmethoden voranzubringen, sei es für Elektrolyseure, Brennstoffzellen oder Tanks des Typs IV, ist an sich schon ein greifbarer Beweis für den Erfolg der vorangegangenen Partnerschaft, der weiterverfolgt werden sollte. 

Die Wasserelektrolyse , die elektrochemische Spaltung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff mittel Strom, macht nur etwa 0,1 % der heutigen weltweiten Wasserstoffproduktion aus, aber anhand der angekündigten beziehungsweise geplanten Projekten könnte die weltweit installierte Elektrolyseur-Kapazität bis 2030 175 - 420 GW erreichen. Auf alkalische Elektrolyseure entfielen bis Ende 2022 60% der installierten Kapazität, gefolgt von 2022 auf alkalische Elektrolyseure, gefolgt von Protonenaustauschmembran-Elektrolyseuren (PEM) mit rund 30%. Aufgrund von Ankündigungen wird erwartet, dass sich dies in den kommenden Jahren ändern wird, PEM gegenüber alkalischen Elektrolyseuren Marktanteile gewinnen, obwohl viele zukünftige Projekte noch nicht entschieden oder bekannt gegeben haben, welche Elektrolyseurtechnologie sie zum Einsatz kommt. Festoxid-Elektrolyseure (SOEC) machen heute weniger als 1 % der installierten Kapazität aus. Was die geografische Verteilung anbelangt, so entfiel Ende 2022 auf China und Europa jeweils ein Drittel der installierten Kapazität, während in den Vereinigten Staaten und Kanada zusammen 10 % ausmachten. 

• Elektrolyseur
• Wasserstoff Brennstoffzelle
• Wasserstoffspeicher
• AIT H2 Lab - Prüfung & Validierung von Wasserstoff- und hybriden Kraftwerks-Technologien    
• AIT Material- and Coating Labs 

• Szenarien-Entwicklung für Dekarbonisierung von Energieinfrastruktur und ausgewählten industriellen Sektoren
• Analyse von wasserstoffspezifischen technologischen Entwicklungspfaden und relevanten Marktdesign
• Validierung von Geschäftsmodellen auf Basis der energetischen und stofflichen Verwertung von wasserstoffbasierten Technologien und Systemen
• (Impakt-)Analysen energiepolitischer Rahmenbedingungen für Wasserstoff als Energieträger
• Entwicklung von Optimierungskonzepten des Anlageneinsatzes zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit in Kombination mit Systemen (PV, Wind, Batterie, P2H) und bestehender regulatorischer Rahmenbedingungen

• Technoökonomische Systembetrachtungen bei der Integration in Industrie und Infrastruktur
• Konzeption und technische Auslegung (Design) von wasserstoffbasierten Anlagen auf Basis digitaler Modelle („Digital Twin“)
• Technologiespezifische Begleitung von Beschaffungsprozessen für Wasserstoffanlagen
• Analyse von am Markt bestehenden Technologien und Systemen
• Untersuchung der großflächigen Netzdienlichkeit und Flexibilitätseinsatz von wasserstoff-geführten Systemen (z.B. reaktionsschnelle Elektrolyseure für Demand Response) in Verteiler- und Übertragungsnetzen
• Design und Interoperabilitätsprüfung von IKT-Schnittstellen