Grüner Wasserstoff: Yamanashi wird zum Testfeld Japans

Warum Yamanashi zu Japans Wasserstofflabor wird

Am Fuß des Fuji hat sich die Präfektur Yamanashi zu einem Testfeld für grünen Wasserstoff unter realen Bedingungen entwickelt. In ganz Japan gewinnt Wasserstoff als Alternative zu fossilen Brennstoffen an Bedeutung. In Yamanashi ist dieser Trend besonders deutlich. Unternehmen aus der Automobil- und Motorenbranche sowie Getränke-, Reifen- und Werkzeugmaschinenhersteller beginnen, das Gas in ihren Energiemix aufzunehmen. Die Präfektur vereint in seltener Weise reichlich erneuerbare Ressourcen, Forschungsinfrastruktur und eine aktive Zusammenarbeit zwischen öffentlicher Hand und Privatwirtschaft.

Yamanashi zeichnet sich durch eine hohe Sonneneinstrahlung, eine Konzentration von Forschungseinrichtungen im Energiebereich und politische Maßnahmen aus, die Projekte vom Labor bis in die Fabrik unterstützen. Im Gebiet Komekurayama in Kofu befinden sich einer der am weitesten entwickelten Solarstrom-Standorte Japans und ein Forschungszentrum für Energiesysteme der nächsten Generation. Die Präfekturregierung hat Wasserstoff-Pilotprojekte unterstützt, die tagsüber erzeugten Solarstrom mit Langzeitspeicherung und Prozesswärme verbinden. So soll die Region die Technologie unter realen Betriebsbedingungen erproben und anschließend ausweiten. Die Yamanashi Hydrogen Energy Society (H2-YES), ein Gemeinschaftsunternehmen der Präfektur und verschiedener Firmen, koordiniert Demonstrationsprojekte und bindet wichtige Abnehmer ein.

Was das Power-to-Gas-System in Yamanashi tatsächlich leistet

Power-to-Gas, kurz P2G, wandelt Strom aus erneuerbaren Quellen in Wasserstoff um, indem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. In Yamanashi kommt die Festpolymer-Wasserelektrolyse zum Einsatz. Bei hoher Solarstromproduktion wird überschüssiger Strom dem Elektrolyseur zugeführt. Der Wasserstoff kann anschließend verdichtet oder verflüssigt und in Tanks gespeichert werden. Anders als Strom im Netz lässt sich gespeicherter Wasserstoff per Lkw transportieren, über kurze Strecken in Pipelines leiten oder bei Bedarf wieder in Strom und Wärme umwandeln. So wird aus schwankender Solarstromproduktion eine flexible Energiequelle für Fabriken, Lager und Kommunen.

Die durch den japanischen Green Innovation Fund geförderte und von der nationalen Forschungs- und Entwicklungsagentur NEDO in Auftrag gegebene Yamanashi-Model-P2G-Technologie wurde von der Präfektur Yamanashi gemeinsam mit Toray Industries, Tokyo Electric Power Company Holdings und Takaoka Toko entwickelt. Auf Grundlage dieses Systems entsteht an Suntory-Standorten in Hakushu in der Präfektur eine Anlage mit 16 Megawatt. Sie soll mit erneuerbarem Strom und lokalem Wasser betrieben werden, sodass bei der Nutzung des erzeugten Wasserstoffs keine Treibhausgase entstehen. Projektdetails finden sich bei Suntory und den Partnern der Präfektur in dieser offiziellen Übersicht.

Suntorys Plan für 16 Megawatt grünen Wasserstoff

Im September 2022 schloss Suntory Holdings mit der Präfektur Yamanashi eine Grundsatzvereinbarung zur Dekarbonisierung der Hakushu-Destillerie und des Hakushu-Wasserwerks in Minami-Alps. Im Mittelpunkt steht eine P2G-Anlage mit 16 Megawatt, die Wasser mit erneuerbarem Strom elektrolysiert und vor Ort grünen Wasserstoff erzeugt. Das Unternehmen will das Gas als saubere Wärmequelle für den Betrieb der Anlagen nutzen und die Versorgung mit der umliegenden Gemeinde teilen.

Der Betrieb soll 2025 beginnen. In der ersten Phase soll Wasserstoff die Kessel für die Hitzesterilisation antreiben und Versuchsdestillationen in der Hakushu-Destillerie ermöglichen. Ab 2027 plant Suntory, in Japan die gesamte Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff abzudecken: Das Unternehmen will ihn nicht nur erzeugen, sondern auch verteilen und verkaufen. Eine Logistikpartnerschaft mit Tomoe Shokai soll Lieferungen innerhalb Yamanashis und nach Tokio ermöglichen. Suntory prüft weitere Einsatzmöglichkeiten an anderen Standorten, etwa in der Chita-Destillerie in Aichi und im Takasago-Werk in Hyogo.

Der Vorstoß folgt auf ein geplantes Wasserstoffprojekt im Zusammenhang mit einer Destillerie im Vereinigten Königreich, das nicht weiterverfolgt wurde. Daraufhin wurden die Ressourcen auf den Einsatz im Inland verlagert. In Japan bieten die politischen Rahmenbedingungen und die lokalen Partnerschaften in Yamanashi einen klaren Weg, eine vollständige Wertschöpfungskette aufzubauen, zu betreiben und zu erproben: von erneuerbarem Strom bis hin zu Wärme und Strom aus Wasserstoff.

Die Partnerschaft mit JERA und Tests für rund um die Uhr CO₂-freien Strom

Am 22. November 2023 schloss die Präfektur Yamanashi mit JERA, Japans größtem Stromerzeuger gemessen an seinem Anteil an der Stromproduktion, eine Grundsatzvereinbarung über die Zusammenarbeit an einer regionalen Wasserstoff-Wertschöpfungskette. JERA will erneuerbare Energiequellen mit emissionsfreier thermischer Stromerzeugung unter Einsatz von Wasserstoff und Ammoniak kombinieren und erzeugt rund 30 Prozent des japanischen Stroms. Ziel der Partnerschaft ist es, eine stabile Produktion und Versorgung mit CO₂-freiem Strom und wasserstoffbasierten Brennstoffen sicherzustellen, indem das P2G-System der Präfektur in JERAs Brennstoff-Wertschöpfungskette und Kraftwerksinfrastruktur integriert wird. Eine öffentliche Übersicht der Zusammenarbeit findet sich hier: Übersicht zur JERA-Partnerschaft.

Auf dem Berg Komekura sind neue Anlagen zur Wasserstoffverstromung geplant. Bei Demonstrationstests soll Strom an lokale Unternehmen geliefert werden. Ziel ist der Nachweis einer kontinuierlichen CO₂-freien Stromversorgung, bei der Solarstrom mit wasserstoffbetriebenen Turbinen oder Brennstoffzellen ergänzt wird, wenn die Sonne untergeht oder Wolken aufziehen. Funktioniert der Ansatz auf Ebene der Präfektur, könnte er Fabriken als Vorbild dienen, die rund um die Uhr eine stabile Stromversorgung benötigen.

Von Solarstrom zur Speicherung: Wie sich das Zentrum Komekurayama entwickelt hat

Die Ausbaupläne der Präfektur für Solarenergie in Komekurayama reichen bis in die frühen 1990er-Jahre zurück. Damals sollte der Standort Unternehmen anziehen. Nach dem Platzen der Wirtschaftsblase wurde das Gelände in Zusammenarbeit mit Tokyo Electric Power Company zum Standort großer Solaranlagen. Damit war der Weg für die nächste Entwicklungsphase bereitet. Bis 2021 hatte die Präfektur eine P2G-Initiative gestartet, um Solarstromüberschüsse mithilfe der Festpolymer-Wasserelektrolyse in Wasserstoff umzuwandeln. In den ersten Anlagen wurde der Wasserstoff verflüssigt, vor Ort in Spezialtanks gelagert und per Trailer dorthin transportiert, wo er gebraucht wurde, etwa zu Geschäften, die Brennstoffzellen zur Notstromversorgung und zur Abdeckung von Spitzenlasten nutzen.

Als Nächstes soll nicht mehr nur ein einzelner Solarstromanschluss genutzt werden: Stattdessen soll zertifizierter erneuerbarer Strom aus dem regulären Strommix bezogen werden, darunter Wasserkraft, Windenergie und Geothermie. Wird Wasserstoff bei Bedarf direkt am Verbrauchsort erzeugt, sinkt der Speicherbedarf, die Transportkosten gehen zurück und die Kosten für grünen Wasserstoff können sinken. Ingenieure in Yamanashi untersuchen außerdem industrielle Anwendungen jenseits von Wärme und Strom, etwa den Einsatz von grünem Wasserstoff zur Reinigung in Halbleiterprozessen anstelle von Helium.

Wer den Wasserstoff heute nutzt

Suntorys Standorte in Hakushu sind die wichtigsten Abnehmer in der Präfektur. Der Wasserstoff soll zur Hitzesterilisation eingesetzt und für die direkte Befeuerung der Whisky-Destillation erprobt werden. Auch die Reifenbranche experimentiert inzwischen mit der Wasserstofferzeugung vor Ort für Prozesswärme und Kraft-Wärme-Kopplung. Das deutet auf einen breiteren industriellen Markt für das Gas hin.

Auch im Transportwesen gewinnt Wasserstoff an Bedeutung. Die japanische Regierung fördert Brennstoffzellen für schwere Fahrzeuge und stellt Automobilherstellern Mittel zur Verfügung, um ihre Produktionskapazitäten für Brennstoffzellen auszubauen. Mehrere Programme zielen auf wasserstoffbetriebene Lkw, die während verkehrsarmer Zeiten an Depots tanken und dabei grünen Wasserstoff nutzen könnten, der bei reichlich vorhandenem erneuerbarem Strom erzeugt wird. Diese Bemühungen stehen im Einklang mit Japans Ziel, bis 2050 CO₂-Neutralität zu erreichen, und dem Bestreben, die Abhängigkeit von importierten fossilen Brennstoffen zu verringern.

Kosten, Vorteile und Grenzen

Die Elektrolyse ist energieintensiv. Für die Herstellung eines Kilogramms Wasserstoff werden in der Regel etwa 50 bis 55 Kilowattstunden Strom benötigt, hinzu kommt weitere Energie für die Verdichtung oder Verflüssigung. Ein Elektrolyseur mit 16 Megawatt könnte bei voller Leistung an einem ganzen Tag etwa 7 bis 8 Tonnen Wasserstoff erzeugen. Die tatsächliche Produktion hängt von der Betriebsdauer und -weise, Wartungszeiten und der verfügbaren Menge an erneuerbarem Strom ab. Yamanashis Strategie verbindet Solarstrom vor Ort, erneuerbaren Strom aus dem Netz und Speicher, damit die Anlage mit sauberem und günstigem Strom betrieben werden kann.

Die Kosten bleiben die größte Herausforderung. In Japan können Großhandelspreise für Strom und Netzentgelte hoch sein, was frühere Wasserstoff-Pilotprojekte eingeschränkt hat. Solarstrom, der andernfalls abgeregelt würde, oder eine Verlagerung des Betriebs in Zeiten geringer Nachfrage können die Kosten pro Kilogramm senken. Auch Verbesserungen des Wirkungsgrads von Elektrolyseuren und höhere Produktionsmengen tragen dazu bei, den Preis langfristig zu reduzieren.

Die Wasserversorgung und die Sicherheit sind zwei praktische Herausforderungen. Bei der Elektrolyse werden pro Kilogramm erzeugtem Wasserstoff fast neun Liter Wasser verbraucht, zusätzliches Wasser wird für die Aufbereitung benötigt. Die Region Hakushu ist für hochwertiges Grundwasser bekannt, das für Getränke verwendet wird. Das unterstreicht, wie wichtig ein sorgfältiges Ressourcenmanagement und die Wiederverwendung von Wasser sind. Beim Umgang mit Wasserstoff gelten strenge Vorschriften zu Belüftung, Lecksuche und Schulungen. Wie öffentliche Debatten über geplante Projekte im Ausland gezeigt haben, kann die Entflammbarkeit des Gases in der Bevölkerung Besorgnis auslösen. Deshalb sind eine umfassende Kommunikation und strenge Sicherheitsstandards bei der Planung unerlässlich.

Kann Yamanashis Modell über die Präfektur hinaus wachsen?

Das in Yamanashi erprobte Konzept ist von Grund auf regional angelegt. Es verbindet lokale erneuerbare Energiequellen, Elektrolyse, Speicherung und Abnehmer über kurze Lieferketten. In der nächsten Phase sind Lieferungen nach Tokio vorgesehen. So soll ein großes Verbrauchszentrum mit grünem Wasserstoff aus den Bergen westlich der Hauptstadt versorgt werden. Ein Erfolg der JERA-Demonstration für rund um die Uhr CO₂-freien Strom würde der Industrie zudem ein Modell für eine zuverlässige Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe bieten. Details zur Zusammenarbeit finden sich öffentlich in JERAs Projektübersicht.

Die Arbeit stößt bereits international auf Interesse. Delegationen aus dem Ausland haben die Forschungszentren und Industrie-Pilotprojekte in Yamanashi besucht. In einigen Regionen gibt es Pläne, auf Grundlage der in Japan gewonnenen Erfahrungen Kompetenzzentren für grünen Wasserstoff einzurichten. Bei den Besuchen standen Technologien von Brennstoffzellenfahrzeugen bis hin zu Forschungslaboren und Produktionsanlagen in der Präfektur auf dem Programm. Dieser Wissenstransfer und die Unterstützung durch die nationale Politik zeigen, wie ein lokales Testfeld Projekte weit über seine Grenzen hinaus beeinflussen kann.

Das Wichtigste auf einen Blick

• Die Präfektur Yamanashi entwickelt sich zu Japans Testfeld für grünen Wasserstoff. Dabei werden reichlich vorhandener Solarstrom, Wasserstoffproduktion, Speicherung und industrielle Nutzung miteinander verbunden.
• Das Power-to-Gas-System nach dem Yamanashi-Modell wandelt erneuerbaren Strom mithilfe der Festpolymer-Wasserelektrolyse in Wasserstoff um und macht schwankende Solarstromproduktion zu einer flexiblen Energiequelle.
• Suntory und die Präfektur bauen an der Hakushu-Destillerie und am Hakushu-Wasserwerk in Minami-Alps einen Elektrolyseur mit 16 Megawatt. Der Betrieb soll 2025 beginnen.
• Ab 2027 will Suntory die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette abdecken, einschließlich der regionalen Verteilung und des Verkaufs in Yamanashi und Tokio. Dafür ist eine Logistikpartnerschaft mit Tomoe Shokai geplant.
• JERA und Yamanashi vereinbarten 2023 eine Partnerschaft zum Aufbau einer regionalen Wasserstoff-Wertschöpfungskette und zur Demonstration einer rund um die Uhr CO₂-freien Stromversorgung mit Solarstrom und wasserstoffbetriebener Stromerzeugung.
• Komekurayama ist das Forschungs- und Entwicklungszentrum der Präfektur. Der Standort hat sich von großen Solaranlagen zu P2G-Systemen entwickelt, die Wasserstoff erzeugen, speichern und transportieren.
• Auch Industriezweige außerhalb der Getränkeherstellung, darunter die Reifenproduktion, erproben grünen Wasserstoff aus lokaler Erzeugung, um die Emissionen aus Prozesswärme zu senken.
• Japans nationale Programme fördern Wasserstoff für schwere Fahrzeuge. Dafür werden Mittel zum Ausbau der Brennstoffzellenproduktion bereitgestellt; zudem sollen wasserstoffbetriebene Lkw auf die Straße kommen.
• Ein Elektrolyseur mit 16 Megawatt könnte bei voller Leistung täglich etwa 7 bis 8 Tonnen Wasserstoff erzeugen. Die tatsächliche Produktion hängt jedoch von der Betriebsweise ab.
• Zu den zentralen Herausforderungen zählen Strom- und Netzkosten, Wasserverbrauch, Speicherung und Logistik sowie strenge Sicherheitsvorkehrungen beim Umgang mit Wasserstoff.
• Yamanashis Ansatz ist regional und übertragbar angelegt. Geplant ist eine Versorgung Tokios; zugleich wächst das Interesse internationaler Delegationen, die das Modell untersuchen.