STOFF 2 (Foto: STOFF 2 | NewsMark #01)
Berliner Start-Up STOFF2 auf dem Weg in die Zukunft mit der Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse (ZZE)
Auf dem Areal des ehemaligen Flughafens Berlin-Tegel entstehen mit der „Urban Tech Republic“ und dem „Schumacher Quartier“ ein Quartier für die Stadt der Zukunft. Hier wird die ehemalige Frachthalle Teil eines ersten Innovationshubs in der Urban Tech Republic. Hier arbeiten Unternehmen aus unterschiedlichen Zukunftsbranchen in einer wachsenden Community an Lösungen für die Stadt von morgen und testen neue Ideen direkt im realen urbanen Umfeld.
Auf 202 ha werden urbane Technologien erforscht, entwickelt, produziert, getestet und exportiert. Sechs Themen stehen dabei im Mittelpunkt: Mobilität, Energie, Werkstoffe, Informations- und Kommunikationstechnologie, Recycling und Wasser. Entwickelt wird der Standort im Auftrag des Landes Berlin durch die Tegel Projekt GmbH, die die Flächen plant, baut, vermarktet und die Infrastruktur für innovative Akteure bereitstellt.
Berlin – insbesondere die Urban Tech Republic mit ihrer wachsende Zahl an Residents – ist ein hervorragender Standort für die Entwicklung von Klimaschutztechnologien. Am Standort versammeln sich Start-ups, die Werkstätten für den Bau von Prototypen benötigen. Es gibt vor Ort ein Community-Areal, das intensiv von ansässigen Unternehmen, aber auch von externen Organisationen für Veranstaltungen genutzt wird. Mittlerweile sind gut 40 Start-Ups vor Ort – von nachhaltigen Baustoffen über Hochtemperatur-Energiespeicher bis hin zu Solar-Dachziegeln, Algen und Drohnen ist thematisch alles dabei. Diese Community ist über Berlin und Deutschland hinaus sichtbar.
Ein Unternehmen, was sich dort angesiedelt hat ist STOFF2. Die STOFF2 GmbH wurde 2020 von Alexander Voigt und Andrew Zwinkels gegründet. Heute hat das Unternehmen 30 Mitarbeiter. Das Team ist im Bereich der erneuerbaren Energien und Energiespeicher sehr erfahren. Es hat bereits verschiedene Unternehmen in dieser Branche gegründet und am Markt etablieren können. Die Gründungsinvestoren hinter STOFF2 haben u.a. die Solon AG, die Q-Cells SE und die Younicos AG gegründet. Die ersten beiden Unternehmen wurden an die Börse gebracht.
STOFF2 entwickelt mit der sogenannten Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse (ZZE) eine innovative neue Elektrolysetechnologie mit integrierter Energiespeicherfunktion zur Marktreife. Mittels eines innovativen Elektrolyseurs wird erneuerbarer Strom über vier Stunden aufgenommen und im Elektrolyseur gespeichert, um dann – individuell und hochflexibel nach Kundenanforderung – kontinuierlich oder entsprechend dem H2-Bedarf grünen Wasserstoff zu erzeugen. Damit sinken die Strombezugskosten für den Elektrolyseur und damit auch die H2-Erzeugungskosten erheblich. Gleichzeitig kann das System H2-Versorgungssicherheit bieten – vor Ort bei einem Industrieunternehmen oder bei der Lieferung über das H2-Kernnetz.
Die Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse
Klassische Elektrolyseure nehmen Strom und Wasser auf und wandeln diese direkt bzw. zeitgleich in Wasserstoff um. Das Funktionsprinzip ist: Sobald Strom verfügbar ist, kann zeitgleich Wasserstoff erzeugt werden. Ziel der Projekte mit klassischen Elektrolyseuren ist es immer, möglichst viele Stunden unter Volllast zu fahren, um möglichst viel Wasserstoff zu erzeugen. Manche Technologien können flexibel auf den Strommarkt reagieren. Dies führt zwangsweise zu einer geringeren Erzeugung von Wasserstoff und zu einer beschleunigten Alterung des Elektrolyseurs.
Die Technologie von STOFF2 ermöglicht eine Fahrweise, die von diesen technischen Restriktionen weitestgehend unabhängig ist. Die Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse (ZZE) ist eine Energiespeichertechnologie, die beim Laden über vier Stunden elektrische Energie aufnimmt, wenn diese aufgrund hohen Wind- und Solarstromaufkommens besonders kostengünstig ist, diese sicher in Form von Zink speichert und beim zeitversetzten Entladen bedarfsgerecht grünen Wasserstoff produziert. Das reduziert den Aufwand für die teure und aufwendige Wasserstoffspeicherung deutlich. Damit steigt die Flexibilität und gleichzeitig sinken die H2-Erzeugungskosten auf das Niveau der Zahlungsfähigkeit der H2-Kunden.
Bei der ZZE handelt es sich um einen elektrochemischen Reaktor, in welchem Zink als Speichermedium genutzt wird. Während des Ladeprozesses wird, unter Aufnahme elektrischer grüner Energie, Zink auf der Kathode abgeschieden und Sauerstoff freigesetzt. Beim Entladen wird Wasserstoff produziert, indem das Zink in einem Oxidationsvorgang wieder im Elektrolyt gelöst wird. Diese Art der Energiespeicherung und Wasserstofferzeugung geht deutlich über den etablierten internationalen Stand der Technik hinaus. Ein funktional vergleichbares System zur ZZE würde aus der kombinierten Nutzung einer herkömmlichen Wasserelektrolyse und einer Großbatterie bestehen. Die ZZE vereinigt die H2-Erzeugung und die Energiespeicherung.
Damit ist die STOFF2 Technologie weniger komplex, sicherer im Betrieb – insbesondere mit Blick auf Brand- und Explosionsschutz – und in Summe günstiger in der Umsetzung als ein System aus zwei unabhängig voneinander betriebenen Technologiekomponenten.
Eine große Zahl von Industrieunternehmen nutzt Wasserstoff für einzelne Schritte in ihrer Produktion. Viele Unternehmen sind das Handling von H2 bereits gewohnt und auch die hohen Preise, die mit der Lieferung per Trailer und H2-Drucktank verbunden sind. Mit der ZZE gibt es nun eine kosteneffiziente klimaneutrale Methode, diese Wasserstoffmengen durch eine erneuerbare H2-Erzeugung und H2-Reinigung direkt vor Ort bereitzustellen.
Deutschland hat im Jahr 2024 den Rahmen für Investitionen in ein H2–Kernnetz definiert. Damit ist Deutschland das erste Land, das eine solche Infrastruktur systemisch und hauptsächlich privatwirtschaftlich finanziert aufbaut. Dies stellt einen wichtigen Meilenstein für die Transformation der Industrie hin zu Net-Zero CO2 und einen großen Erfolg der Politik gemeinsam mit den Ferngasnetzbetreibern und privaten Investoren dar.
Es gilt jetzt, das H2-Kernnetz mit Wasserstoff zu füllen. Dabei müssen die Ein- und Ausspeiser strenge Vorgaben einhalten. Das H2-Kernnetz ist kein Energiespeicher, der fluktuierende Einspeisung von grünem H2 puffern kann. Erste Ausarbeitungen der Bundesnetzagentur unter dem Stichwort „WasABi“ schlagen vor, dass die Ein- und Ausspeisung von H2 15-minütlich erfasst und innerhalb enger Toleranzbänder kontinuierlich ausgeglichen wird. Die Ursache dafür liegt in den H2-Netzanforderungen eines möglichst konstanten Druckniveaus.
Damit unterscheidet sich der Betrieb des H2-Kernnetzes grundsätzlich vom Betrieb eines Erdgasnetzes mit einem Ausgleich von Ein- und Ausspeisung innerhalb eines Tages. Die ZZE bietet genau diese Flexibilität, um H2 genau dann zu erzeugen, wenn ein Industriekunde ihn am anderen Ende des H2 -Kernnetzes benötigt.
Mit der Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse Stellt STOFF2 eine technische Innovation „Made in Germany“ vor, die fluktuierenden erneuerbaren Energien effektiv und kosteneffizient mit den Anforderungen von Industrieunternehmen in Deutschland verbindet. So ist eine zuverlässige Versorgung mit grünem Wasserstoff vor Ort am Produktionsstandort und auch über das H2-Kernnetz möglich. Mit dieser Technik kann der Industriestandort Deutschland gestärkt werden und eine Führungsrolle im Bereich der erneuerbaren Energien übernommen werden.
Projektentwickler, oft aus dem Bereich Wind- und Photovoltaikparks, Energieversorger, die auch die Strom- und Gasinfrastrukturen im Blick haben, und Industrieunternehmen, die rund um die Uhr eine zuverlässige Versorgung mit grünem Wasserstoff benötigen, sind an STOFF2 interessiert.
Da alle Kunden die Technologie im Feld im Einsatz sehen wollen, wird aus diesem Grunde die Technologie auch im Zusammenspiel mit anderen Akteuren der Energieversorgung intensiv getestet.
So soll im Forschungsprojekt Hydrogen Terminal Braunschweig, das in Kooperation mit dem Steinbeis-Innovationszentrum energieplus (SIZ) durchgeführt wird, das System von STOFF2 erstmals im industriellen Umfeld installiert werden. STOFF2 ist zudem in das europäische REFORMERS-Projekt eingebunden. In der niederländischen Stadt Alkmaar entsteht ein „Renewable Energy Valley“. Dort wird der STOFF2-Elektrolyseur im Jahr 2026 installiert und im Zusammenspiel mit anderen Energiewendeinnovationen und Infrastrukturen intensiv getestet werden.| Autor: Christian Grosse
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