Greentech - think ING. kompakt 02/03|2021 by GESAMTMETALL

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Februar / März 2021

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r i nn e n u n d In ge ni e u r e

GREENTECH

ALLES AUF GRÜN P O R T R ÄT E N D L I C H WA S S E R S T O F F ab Seite 2

T R EN D S Ö KO M I T T E C H N I K ab Seite 4

Viele Unternehmen und Start-ups, die sich mit grüner Technologie beschäftigen, stehen derzeit im Fokus. Nicht nur der Green Deal der EU und die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung verschaffen GreentechUnternehmen attraktive Wachstumsperspektiven. IngenieurInnen, die sich mit nachhaltiger, sprich grüner Technik und mit Digitalisierung befassen, sind ein zentraler Faktor bei der Bewältigung der aktuellen Herausforderungen. Mehr noch: Sie sitzen an den Schalthebeln und Algorithmen der gesellschaftlichen Transformation. Das Feld ist riesig und reicht von der Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität über den Ausbau digitaler Kommunikationsformen bis zu neuartigen Stromspeichern in der Industrie. Deshalb stellen wir in der neuesten Ausgabe der kompakt einige innovative Menschen und Projekte vor und lassen junge Ingenieurinnen zu Wort kommen, die selbst grüne Technologien erforschen und entwickeln: Franziska ist 27 und erzeugt aus Wasserstoff Energie und die Studentin Sophie-Kristin Heling berichtet im Interview, wie sich die Themen Umweltschutz und Management in ihrem Studiengang verbinden lassen.

Franziska Scharf packt bei der Installation eines Elektrolyseurs vor Ort selbst mit an

Seit Jahrzehnten wird dem Wasserstoff der Durchbruch als Energieträger der Zukunft prophezeit. Nun scheint seine Zeit endgültig gekommen. Größer könnte der Kontrast kaum sein: Zwischen München und Ulm gelegen, gehört Augsburg zu den ältesten Städten Deutschlands. Zugleich entsteht hier bei der Firma H-TEC SYSTEMS das, wovon technikbegeisterte Generationen schon lange träumten: Die Möglichkeit, mit Wasser Energie zu speichern. Zugegeben, spätestens seit dem Chemieoder Physikunterricht wissen Viele, dass mithilfe der Elektrolyse Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Und natürlich wissen wir auch, wie energiegeladen das äußerst flüchtige Gas eigentlich ist. Nein, neu ist das nicht. Neu ist allerdings, dass gerade seit dem letzten Jahr die Gewinnung von Wasserstoff zur Speicherung elektrischer Energie – beispielsweise aus Windkraftanlagen – enorm an Popularität gewinnt. Und das ist noch untertrieben. Das Thema Wasserstoffgewinnung aus erneuerbarer Energie wird zum aktuellen Megatrend. Mitten in diesem Gewinnungsprozess steckt auch Franziska Scharf. Die Entwicklungsingenieurin kümmert sich bei H-TEC SYSTEMS um die Wandlungskette in Gänze. Vom Wasser zum Gas. „Ich bin die Ingenieurin, die den Prozess so gestaltet, dass die Elektrolyse bestmöglich arbeiten kann. Ich kümmere mich also darum, dass das Wasser die richtige Temperatur hat, dass der Druck gehalten wird, dass wir eine ideale Gasaufbereitung haben, die richtige Kühlung und noch einiges mehr“, erklärt die 27-Jährige. Das klingt viel. Das ist viel.

H-TEC SYSTEMS hat derzeit rund 60 MitarbeiterInnen – und wächst schnell. Es ist ein Greentech-Unternehmen mit Vorbildcharakter. Viele KollegInnen sind jung, man duzt sich, der Idealismus im Team ist groß. H-TEC SYSTEMS repräsentiert die technischen Möglichkeiten für die praktische Energiewende. Also wird dort auch ganz handfest geplant, gebaut, geschraubt und gelötet. Im Herzstück der daraus entstehenden Elektrolyseure – so nennt man die Anlage, in der die Elektrolyse abläuft – befinden sich sogenannte Stacks (Stapel aus Elektrolysezellen), in denen der eigentliche Aufspaltungsprozess stattfindet. Die gesamte Anlage wird in einen Container verbaut und beispielsweise neben einer Windkraftanlage aufgestellt. Dort wird der grüne Strom gewandelt, der im Netz zur Abdeckung des realen Bedarfs nicht benötigt wird. Es ist also Strom, der ansonsten verpuffen würde. Und was passiert dann mit dem Wasserstoff? „Der wird ins Erdgasnetz eingespeist. In einem bestimmten Volumenbereich macht das für den Kunden keinen Unterschied. Es gibt in Norddeutschland Leute, die mit Wasserstoff ihre Wohnungen heizen, weil es einfach im Erdgasnetz steckt“, antwortet Franziska Scharf. Damit sinkt der CO2-Ausstoß, weil die Verbrennung des fossilen Energieträgers Erdgas reduziert wird. Das ist längst noch nicht alles, auch Wasserstofftankstellen nutzen zunehmend dieses Gas. Die Entwicklung nimmt gerade erst Fahrt auf. © H-TEC SYSTEMS

ENDLICH WASSERSTOFF

VO M E L E K T R O LY S E U R I N S E R D G A S N E T Z

Ein Stack (englisch Stapel) besteht aus aufeinandergeschichteten Elektrolysezellen

M I T WA S S E R S T O F F D I E W E LT V E R Ä N D E R N Franziska Scharf ist nun seit anderthalb Jahren Teil des H-TEC-SYSTEMS-Teams. Davor studierte sie Verfahrenstechnik in Dresden, hat währenddessen zehn Monate in Sibirien ein Projekt für die Krebszellenforschung begleitet (und vorher zielstrebig zwei Jahre Russisch gebüffelt) und letztlich bei Siemens in Nürnberg ihre Diplomarbeit zum Thema PEM-Elektrolyse geschrieben. Das Studium endete mit einer Gesamtnote von 1,2. Danach konnte sie sich endgültig aussuchen, wo sie arbeiten wollte. Dass es ausnahmslos der Greentech-

Sektor ist, war ihr früh klar: „Ich habe mir die Frage gestellt, mit welchem Ingenieurberuf man wirklich etwas bewegen und wie man die Gesellschaft verändern kann. Und da gibt es für mich nur die Themenwelten Greentech und Recycling. Ich habe mich für Ersteres entschieden.“

Der Elektrolyseur setzt sich aus

mehreren Stacks zusammen

Franziska ohne zu zögern: „Ich habe mir überlegt, wo ich mich besser entfalten und meinem Impuls für grüne Technologie wirklich folgen kann. In einer kleinen Firma, die nur gegründet wurde, um die Welt ein bisschen besser zu machen, ist das einfach leichter. Leichter als in einem Großkonzern, der dem Thema Greentech nur folgt, weil es gerade modern ist.“ Also begleitet sie H-TEC SYSTEMS im Wachstum und wächst selbst permanent an ihren Aufgaben. Win-Win. Und gerade weil H-TEC SYSTEMS kein weltumspannender Konzern ist, hat sie dort die Gelegenheit als Ingenieurin in zahllose Bereiche einzutauchen. Sie arbeitet mit dem Vertrieb, spricht mit der Elektrotechnik und der Automatisierung, macht den technischen Einkauf sowie technische Zeichnungen und ist bei der Inbetriebnahme neuer Anlagen dabei.

D I E B U N T E W E LT D E R B E R U F E Scharf wuchs in Dresden auf, die Mutter ist Sozialarbeiterin, der Vater Schweißer und Rohrleitungsbauer. So bunt die Welt zuhause, so bunt die Interessen der jungen Franziska. Sie will Politikerin werden oder Architektin, macht freiwillige Praktika in der Bank, einer Gärtnerei und – als damals 18-Jährige – beim hiesigen Energieversorger, der den endgültigen Impuls für ihre spätere Berufswahl gibt: „Dort hatte ich einen Betreuer, der unglaublich gut war. Er hat mir eine Biogasanlage, eine Windkraftanlage und das Steinkohlekraftwerk gezeigt. Und ich bin dort vor fast zehn Jahren bereits Elektroauto gefahren. Der Mann war so begeisternd, dass ich mir die Frage stellte, was er wohl studiert hat, um so einen coolen Job zu machen. Die Kraftwerktechnik war es, also Maschinenbau mit Fokus auf Energietechnik oder Verfahrenstechnik. Genau so bin ich auf mein Studium gekommen.“

KLEINES UNTERNEHMEN – GROSSE CHANCEN

Eine Elektrolyseanlage wird zur Inbetriebnahme angeliefert

ENERGIE FÜR DIE ZUKUNFT

Weitere Infos zur Story online über Link oder QR Code

Knapp zehn Jahre später ist die Diplomverfahrenstechnikerin als Entwicklungsingenieurin tätig. Die Frage, warum sie sich trotz der Angebote nicht für eine hochdotierte Stelle bei einem weltweiten Konzern entschied, sondern stattdessen einem vergleichsweise kleinen Unternehmen den Vortritt gab, beantwortet

s.think-ing.de/h-tec

Elektrolyse hat zwar grundsätzlich den Nachteil, dass die gesamte Produktionskette ineffizienter ist, als den Strom direkt zu nutzen. Aber selbst, wenn die Effizienz bei der Umwandlung von Strom in Wasserstoff und später in Bewegungsenergie oder Wärme geringer als die direkte Nutzung ist, steht diese Energie doch kostenlos zur Verfügung, und dazu noch klimaneutral. Wieso gibt es hier überhaupt noch Bedenken? Dem Wasserstoff wurde schon vor Jahrzehnten der Durchbruch vorausgesagt, und dann wieder der Untergang. Dieses Auf und Ab wiederholte sich mehrmals. Es ist gut, dass das Thema nun durch Franziska Scharfs Team und viele andere IngenieurInnen eine neue Chance erhält die Energiewende mit voranzubringen.

ÖKO MIT TECHNIK

WASSERSTOFF AUS BIOGAS Der Ingenieur Andy Gradel tüftelt an einem Verfahren, um aus Biomasse Wasserstoff zu gewinnen und gibt der Biogas-Branche eine neue Perspektive.

ihre Erfindung mehrfach ausgezeichnet

Ein Green Award 2020 ging an eine junge Südafrikanerin. Sie entwickelte ein Polymer, das Pflanzen in der Landwirtschaft vor Dürren schützt. Die Südafrikanerin Kiara Nirghin war gerade erst 16 Jahre alt, als sie bei der Google Science Fair gewann. Ihre prämierte Erfindung war eine Antwort auf einen der schlimmsten Dürresommer, den Südafrika seit 45 Jahren erlebt hatte. 2015 fiel so wenig Regen, wie das Land am Kap es seit 1904 nicht mehr erlebt hatte. Das machte Kiara nicht nur Sorgen, sondern brachte die damalige Schülerin auch auf eine Idee. Sie begann zu forschen. Auf Basis von organischen Abfällen wie Orangen- und Avocadoschalen entwickelte sie ein Polymer, das das Hundert- bis Dreihundertfache seines Eigengewichts an Flüssigkeit aufnehmen und transportieren kann. Ein Polymer ist ein chemischer Stoff, der aus großen Molekülen besteht, die durch die Verknüpfung kleinerer Moleküle entstehen. Die Substanz ist umweltfreundlich, völlig ungiftig und biologisch abbaubar. Landwirtschaftlicher Boden verwandelt sich mithilfe des genialen Polymers in einen supersaugfähigen Schwamm, speichert Feuchtigkeit über längere Zeiträume, lässt Regenwasser langsamer versickern und gibt es nach und nach an Pflanzen ab. Die wachsen dadurch besser und überstehen Dürreperioden leichter. Damit hat die heute 21-jährige Wissenschaftlerin, die derzeit an der Stanford University studiert, einen entscheidenden nachhaltigen Beitrag zur Lösung der weltweiten Hungerkrise geleistet. Kiara hat sich seit ihrer Preisverleihung immer wieder für das Engagement junger Frauen in Ingenieurwesen und Naturwissenschaft eingesetzt. Ihre Erfindung ist auch heute noch hochaktuell. Auf dem von Audi gesponserten Greentech Festival in Berlin wurde sie 2020 erneut zur Siegerin gekürt und in der Kategorie Youngster mit dem Green Award ausgezeichnet.

Kiara Nirghin wurde für

POLYMER AUS ORANGENSCHALEN

Andy Gradel, 30 Jahre jung, gelernter Maschinenbauer und leitender Ingenieur am Institut für Wasser- und Energiemanagement der Hochschule Hof, beschäftigt sich seit 2016 mit Energie und Wärme aus Biomasse. Dafür wurde er bereits mit dem „Young Academics Award for BioEnergy 2020“ ausgezeichnet. Das Start-up BtX Energy, das er Ende 2020 mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft im bayrischen Hof gegründet hat, will gleich mit zwei vielversprechenden Entwicklungen an den Markt gehen: mit einem Holzvergaser, der aus Biomasse ein verwertbares Gas erzeugt und einer alternativen Wasserstoffproduktion auf Basis von Biogasanlagen. Dabei wird der im Biogas enthaltene Schwefelwasserstoff abgeschieden. Anschließend wird das Methan im aufbereiteten Gemisch mittels Nickel-katalysierter Dampfreformierung zu Wasserstoff. Da ein großer Teil der Biogas-Anlagen in den kommenden Jahren schrittweise aus der EEGFörderung herausfallen wird, befürchtet man einen Rückbau der Branche. Wasserstoff aus Biogas-Anlagen könnte das verhindern und sogar eine bessere Ökobilanz aufweisen als das Elektrolyseverfahren mit regenerativem Überschussstrom, auf das derzeit die meisten Akteure setzen. So würden bei der Biogas-Variante große Teile der Transportkosten und -emissionen entfallen. Am Ende könnte der Wasserstoff dadurch sogar günstiger werden. Das verleiht der Idee einen besonderen Charme.

Andy Gradel (rechts) und ein Mitarbeiter inspizieren die Pilotanlage ihres Holzvergasers

STAHL SOLL GRÜNER WERDEN Die Salzgitter AG will Stahl ökologischer herstellen und bis zu 85 Prozent der CO2Emissionen einsparen.

Die Ottobahn-Gondeln sind zu Zügen zusammengekoppelt oder

Das Münchener Start-up Ottobahn GmbH möchte mit einer Hightech-Schwebebahn den Stadtverkehr entlasten und den Nahverkehr revolutionieren. „In unseren Städten sind die Kapazitäten für den Verkehr auf und unter der Erde erschöpft“, sagt Geschäftsführer Marc Schindler. Deshalb eröffne sein Unternehmen eine dritte Dimension für Pendler – drei bis vier Meter über den Köpfen der Fußgänger und Radfahrer. Dort könnten schon bald seine schwebenden Transportgondeln entlang sausen – als Einzelkabinen oder zu Zügen zusammengekoppelt, bei Bedarf auf Nebengleise ausscheren, sich herabsenken und Fahrgäste aufnehmen. Die Verkehrssituation ist in allen großen Städten eng. Deshalb sieht Schindler weltweit Chancen für seine Ottobahn. Der Ausbau der Infrastruktur sei günstig, der Platzverbrauch gering. Der Ingenieur hob das Projekt vor etwas mehr als einem Jahr mit einem Mitarbeiter aus der Taufe, inzwischen arbeiten bei der Ottobahn ein Dutzend Beschäftigte, vorwiegend aus den Bereichen Softwareentwicklung und Maschinenbau. Im Süden Münchens schwebt auf einer Teststrecke von 30 Metern bereits eine Gondel störungsfrei hin und her. Messegelände oder Flughäfen bieten sich als erste Einsatzfelder an. Das erste längere kommerzielle Schienennetz könnte Anfang 2023 stehen. Um Schienen und Gondeln würden sich dann Partnerfirmen kümmern. Die Ottobahn will sich auf die Software für die präzise Steuerung und auf eine kundenfreundliche App konzentrieren.

einzeln unterwegs

STAUFREI SCHWEBEN

Für die Stahlproduktion braucht man eine Menge Energie. Doch angesichts des Klimawandels, neuer Umweltauflagen und steigender CO2-Abgaben muss die Branche umdenken. Die Salzgitter AG hat bereits einen firmeneigenen Windpark. Das integrierte Hüttenwerk arbeitet nahezu energieautark, Materialkreisläufe werden möglichst geschlossen, Reststoffe und Koppelprodukte wiederverwendet. Doch immer noch fallen bei der Stahlproduktion jährlich etwa acht Millionen Tonnen CO2 an. Um Emissionen weiter zu senken, benötigt man neue Verfahren. Die Umstellung der Produktion auf Wasserstoff als Energielieferant ist eine Möglichkeit. Ein anderes vielversprechendes Konzept, an dem IngenieurInnen und ForscherInnen des Unternehmens und verschiedener Fraunhofer Institute gemeinsam arbeiten, nennt sich SALCOS (Salzgitter Low CO2 Steelmaking). Das Verfahren verwandelt in einem sogenannten Direktreduktionsreaktor Eisenerz mittels Erdgas und Wasserstoff bei 950 Grad zu Eisenschwamm. Dabei wird eine Reduktion des Eisens von bis zu 85 Prozent erreicht. Das verwendete Gas wird von Wasser und CO2 befreit und recycelt. Eine besondere Herausforderung ist die Integration der neuen Anlagen in den Produktionskreislauf. SALCOS will das Schritt für Schritt erreichen. Zunächst sollen dabei 50 Prozent der CO2Emissionen eingespart werden. Wenn die komplette Produktion entsprechend umgebaut ist, könnten sogar 85 Prozent Einsparung erreicht werden. Technisch ist das machbar. Die Frage ist, ob es sich ökonomisch lohnt und ob die Politik entsprechende Rahmenbedingungen schafft.

Im Stahlwerk Salzgitter lässt sich

viel CO2 einsparen

Das gesamte Interview mit Sophie-Kristin Heling findet ihr online unter: s.think-ing.de/heling

UMWELTSCHUTZ TRIFFT AUF MANAGEMENT Umweltschutz und Management – zwei Trendthemen, die zusammen einen Studiengang ergeben: Der Studiengang heißt Umweltingenieurwesen und -management, wird an der technischen Hochschule Lübeck angeboten und ist in Deutschland einzigartig. Die 20-jährige Studentin Sophie-Kristin Heling stellt uns das Bachelorstudium vor. WA S M AC H T D E N S T U D I E N G A N G B E S O N D E R S? Die interdisziplinäre Fächerkombination. Wir erlangen hier sowohl ingenieurwissenschaftliches und naturwissenschaftliches, aber auch betriebswirtschaftliches Know-how. Hinzu kommen weitere interessante Module wie zum Beispiel Umweltrecht. Dieser Themenmix macht das Studium für mich so spannend. Einer unserer Professoren hat es sehr schön auf den Punkt gebracht: Wir blicken über den technischen Tellerrand hinaus.

THINK ING. @SOCIAL MEDIA Spannende Einblicke und Geschichten von IngenieurInnen, Tipps, Termine und Wissenswertes rund um das Ingenieurwesen findet ihr auf unseren Social-Media Kanälen.

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Weitere Ingenieurstudiengänge zum Thema Greentech und Umwelt findet ihr unter folgendem Link und QR Code: s.think-ing.de/ greentech-studieren

WA S I S T I N D I E S E M S E M E S T E R D E I N HIGHLIGHT? Definitiv das Projekt Umweltbewertung: Gemeinsam mit einem Kommilitonen erstelle ich während des Projekts die Umweltanalyse für den Akku eines E-Bikes. Dazu ermitteln wir die Treibhausgasemissionen, die während der Entwicklung, Herstellung und Lieferung des Akkus entstehen. Wir nutzen ein Computermodell, das die Umweltwirkung auf Basis einer Datenbank berechnet. Fest steht schon jetzt: Für einen einzelnen E-Bike Akku werden zahlreiche Rohstoffe benötigt, die wiederum viele Ressourcen erfordern und dadurch Treibhausgase erzeugen. U N D W I E G E H T E S N AC H D E M B AC H E L O R A B S C H L U S S W E I T E R ? Ich kann mir gut vorstellen, im Anschluss noch ein Masterstudium zu absolvieren. Beruflich fasziniert mich die Umweltbewertung am meisten. In dem Gebiet könnte ich als Umweltbeauftragte oder für Unternehmen arbeiten, die Umweltbewertungen und Ökobilanzen erstellen. Aber auch die Arbeit in gemeinnützigen Organisationen fände ich spannend. 06

IMPRESSUM Herausgeber GESAMTMETALL Gesamtverband der Arbeitgeberverbände der Metall- und Elektro-Industrie e.V. Voßstraße 16 - 10117 Berlin Verantwortliche Leitung Wolfgang Gollub Redaktion und Gestaltung concedra GmbH, Bochum Druck color-offset-wälter GmbH & Co. KG, Dortmund Alle in dieser kompakt enthaltenen Inhalte und Informationen wurden sorgfältig auf Richtigkeit überprüft. Dennoch kann keine Garantie für die Angaben übernommen werden.