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Wasserstoff Brennstoffzellen und Sektorkopplung – Wasserstoff in Industrieprozessen einordnen

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Wasserstoff Brennstoffzellen und Sektorkopplung – Wasserstoff in Industrieprozessen einordnen

Lernkurs für die Ausbildung | Schwerpunkt: Temperaturbedarf, Einsatzgrenzen und sichere Technologieentscheidung

Einleitung

Wofür braucht ein Industriebetrieb Wasserstoff? Als Rohstoff, Reduktionsmittel, Brennstoff oder zur Stromerzeugung? Du lernst, diese Funktionen zu unterscheiden und anhand von Temperatur, Energieeffizienz, Sicherheit und Klimawirkung eine begründete Entscheidung zu treffen.

Lernweg: sechs kurze Lerneinheiten, echte Medien und virtuelle Modelle, ein Ausbildungsfall, gestufte Hilfen und Aufgaben in drei Niveaustufen.

Sicherheitsregel: Der gesamte Kurs ist eine theoretische Lernumgebung. Du beobachtest ausschließlich Medien und arbeitest mit Daten oder Simulationen. Keine Gasversuche, keine Wasserstoffversuche, keine Zündversuche und keine Eingriffe in reale Anlagen.

Deine Lernziele

Nach dem Kurs kannst Du:

Sektorkopplung: Den Weg von erneuerbarem Strom über Wasserstoff zur industriellen Nutzung erklären.
Brennstoffzelle: Die Funktion gegenüber einem Elektrolyseur und einem Brenner abgrenzen.
Prozesswärme: Temperaturanforderungen und geeignete Technologien vergleichen.
Industrie: Stoffliche Nutzung und energetische Nutzung von Wasserstoff unterscheiden.
Arbeitsschutz: Sicherheitsgrenzen erkennen und fachliche Freigaben einfordern.
Quellenkritik: Aussagen über Wasserstoff auf Daten, Perspektiven und Interessen prüfen.

Lerneinheit 1: Strom, Wasserstoff und Sektorkopplung

Merksatz: Wasserstoff ist ein Energieträger, keine natürlich verfügbare Primärenergiequelle.

Originalaufnahme eines Elektrolyseurs im Science Museum London.

Mit Strom kann ein Elektrolyseur Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Stammt der Strom aus erneuerbaren Quellen und werden die jeweiligen Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllt, kann entsprechend erzeugter Wasserstoff geringe Treibhausgasemissionen aufweisen.

Animation einer PEM-Elektrolyse. Beobachte nur die Energie- und Stoffströme.

Sektorkopplung: Erneuerbarer Strom → Elektrolyse → Wasserstoff → Chemische Industrie, Stahlindustrie, Prozesswärme oder Brennstoffzelle.

Bei jeder Umwandlung entstehen Verluste. Deshalb sollte Wasserstoff nicht automatisch eingesetzt werden, wenn Strom direkt genutzt werden kann.

Mini-Auftrag: Zeichne den Energiepfad und markiere, wo Energie umgewandelt wird.

Feedback: Eine gute Darstellung unterscheidet Energie von Stoffströmen und zeichnet Wasserstoff nicht als ursprüngliche Energiequelle ein.

Lerneinheit 2: Brennstoffzelle statt Flamme

Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle erzeugt elektrochemisch Strom und Wärme. Die Gesamtreaktion lautet:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Sie benötigt fortlaufend Brennstoffzufuhr. Sie ist damit ein Energiewandler, aber für sich allein kein Wasserstoffspeicher.

Schema einer Membranbrennstoffzelle.

Beobachte die drei nutzbaren Ausgänge: elektrischer Strom, Wärme und Reaktionsprodukt Wasser.

Fachlich eingeordnete Demonstration: Universität Stuttgart: Brennstoffzelle – Laborversuch (CC BY 4.0). Schau Dir das Video an, ohne den Versuch nachzubauen.

Interaktives Modell 1: Siemens Stiftung: Funktionsprinzip der Brennstoffzelle (CC BY-SA 4.0).

Interaktives Modell 2: planet schule: Brennstoffzellen-Lernspiel.

Unterscheidung:

PEM-Brennstoffzelle: Arbeitet meist bei niedrigen Zelltemperaturen und wird etwa für mobile und stationäre Anwendungen untersucht oder eingesetzt.
Festoxid-Brennstoffzelle: Arbeitet mit hoher Zelltemperatur; nutzbare Wärme und Gesamtwirkungsgrad hängen von der konkreten Anlagenintegration ab.
Wasserstoffverbrennung: Erzeugt Wärme durch eine Flamme; anders als bei der Brennstoffzelle sind Verbrennungsluft und Abgase wesentlich für die Bewertung.

Mini-Auftrag: Vergleiche eine Brennstoffzelle mit einem Wasserstoffbrenner.

Feedback: Beide nutzen die chemische Energie von Wasserstoff, aber nur die Brennstoffzelle wandelt sie unmittelbar elektrochemisch in elektrische Energie um. Die Temperatur der Brennstoffzelle allein beweist noch nicht, dass sie einen Hochtemperaturprozess direkt versorgen kann.

Lerneinheit 3: Welche Temperatur braucht der Prozess?

Merksatz: Entscheidend ist nicht, ob Wasserstoff technisch brennen kann, sondern wofür Wärme gebraucht wird und welche Alternative verfügbar ist.

Temperaturbedarf	Mögliche Technologie	Wichtige Grenze
Etwa 80 °C	Industrielle Wärmepumpe, Abwärmenutzung oder direkte elektrische Wärme	Wärmequelle, Temperaturhub, Betriebszeiten und Wirtschaftlichkeit müssen passen.
Etwa 170 °C	Geeignete Hochtemperatur-Wärmepumpe oder direkte elektrische Verfahren	Eine Wärmepumpe ist nur bei entsprechend geeigneter Technik und Wärmequelle realistisch.
Etwa 950 °C	Elektrische Ofenverfahren; Wasserstoffverbrennung nur als sorgfältig geprüfte Option	Ofenatmosphäre, Produktqualität, Wärmeübertragung, Infrastruktur und Abgasführung entscheiden.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme beschreibt industrielle Hochtemperatur-Wärmepumpen für Anwendungen bis ungefähr 200 °C. Das ist keine allgemeine Einsatzgarantie für jeden Betrieb.

Interaktives Modell 3: Fraunhofer ISE: Technologie-Landkarte für Industriewärmepumpen. Öffne von dort die verlinkte Anwendung; die externe Plattform kann zeitweise nicht erreichbar sein.

Elektrischer Lichtbogenofen: Ein Beispiel für industriellen Hochtemperatureinsatz von Elektrizität. Seine Funktion darf nicht mit der Reduktion von Eisenerz gleichgesetzt werden.

Mini-Auftrag: Warum folgt aus „950 °C“ nicht automatisch „Wasserstoff verwenden“?

Feedback: Die Temperatur ist nur ein Kriterium. Auch direkt elektrische Verfahren können sehr hohe Temperaturen erreichen. Der Prozess und seine Anforderungen entscheiden.

Lerneinheit 4: Wasserstoff in Industrieprozessen

Stofflicher Einsatz bedeutet: Wasserstoff übernimmt eine chemische Funktion, beispielsweise bei der Ammoniakherstellung oder als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Eisen aus Eisenerz.

Energetischer Einsatz bedeutet: Wasserstoff liefert Energie für Wärme oder wird in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt.

Schema eines Direktreduktionsverfahrens für Eisenerz. Das dargestellte Verfahren ist nicht automatisch eine reine Wasserstoffanlage.

Breaking Lab: Einblick in die Stahlindustrie und wasserstoffbasierte Direktreduktion. Das Video enthält Werbung; Aussagen mit unabhängigen Fachquellen vergleichen.

Bei der Direktreduktion kann Wasserstoff dem Eisenerz Sauerstoff entziehen. Diese chemische Funktion unterscheidet sich von einem Brenner, der nur Wärme bereitstellen soll.

Wichtig: Für die Klimabilanz zählen auch Wasserstofferzeugung, Strommix, Transport und die übrigen Produktionsschritte.

Die Internationale Energieagentur (IEA) berichtete im Juni 2026: Die weltweite Wasserstoffnachfrage lag 2025 über 100 Millionen Tonnen, vor allem in Raffinerien und etablierten Industrieanwendungen. Emissionsarm erzeugter Wasserstoff machte dabei weniger als ein Prozent der Produktion aus.

Mini-Auftrag: Notiere, weshalb Wasserstoff bei Eisenerz eine andere Aufgabe hat als beim Beheizen eines Glühofens.

Feedback: Das erste Beispiel erfordert eine chemische Reduktionsreaktion. Das zweite benötigt zunächst nur Prozesswärme, für die unterschiedliche Technologien infrage kommen.

Lerneinheit 5: Sicherheitsbereiche und Einsatzgrenzen

SICHERHEITSBEREICH GAS

Gasanlagen, Druckbehälter, Leitungen und Armaturen unterliegen betrieblichen und rechtlichen Anforderungen. Du darfst keine Anschlüsse prüfen, Leitungen öffnen, Ventile bedienen oder Veränderungen vornehmen.

SICHERHEITSBEREICH WASSERSTOFF

Wasserstoff ist farb- und geruchlos und leicht entzündbar. Austretender Wasserstoff kann gefährliche explosionsfähige Gemische bilden. Eine Wasserstoffflamme ist unter Umständen schwer wahrnehmbar. Keine praktischen Eigenversuche.

Museumsaufnahme verschiedener Wasserstoffspeicher. Sie ist keine Anleitung für Lagerung oder Betrieb.

SICHERHEITSBEREICH VERBRENNUNG

Ein Wasserstoffbrenner benötigt eine fachgerecht ausgelegte, geprüfte und freigegebene Anlage. Die Brennereinstellung, Flammenüberwachung und Schutzmaßnahmen sind Aufgaben qualifizierter Fachkräfte.

SICHERHEITSBEREICH ABGAS

Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Luft können Stickoxide entstehen. „Kein CO₂ aus dem Wasserstoffmolekül“ bedeutet also nicht „keine Schadstoffemissionen“. Auch bei Anlagen mit anderen Brennstoffen sind Abgasführung und Emissionsanforderungen zu prüfen.

VERBINDLICHE GRENZE: Dieser Lernkurs erteilt keine Fach- oder Anlagenfreigabe. Vor jeder praktischen Tätigkeit müssen verantwortliche fachkundige Personen die aktuelle Gefährdungsbeurteilung, Betriebsanweisung, Herstellerunterlagen, Explosionsschutzmaßnahmen und erforderliche Berechtigungen prüfen. Grundlage in Deutschland sind unter anderem Gefahrstoffverordnung, Betriebssicherheitsverordnung und einschlägige Technische Regeln für Gefahrstoffe, insbesondere die Regeln zu Gasen und Explosionsschutz. Geltende Anforderungen sind zum tatsächlichen Einsatzzeitpunkt erneut zu kontrollieren.

Mini-Auftrag: Welche vier Sicherheitsbereiche würdest Du auf einem virtuellen Anlagenbild beschriften?

Feedback: Die Gefahrenkennzeichnung muss mindestens Gas, Wasserstoff, Verbrennung und Abgas getrennt erfassen. Eine Lernskizze ersetzt keine betriebliche Gefährdungsbeurteilung.

Lerneinheit 6: Ausbildungsfall „Nordmetall“

Fiktiver Ausbildungsbetrieb: Die Nordmetall GmbH bearbeitet Metallteile. Drei Prozesse benötigen Wärme:

Prozess	Erforderliche Temperatur	Deine Prüfentscheidung
Bauteilereinigung	80 °C	Abwärme und Wärmepumpe zuerst untersuchen.
Trocknungsanlage	170 °C	Hochtemperatur-Wärmepumpe oder direkte Elektrifizierung anhand realer Daten prüfen.
Glühofen	950 °C	Elektrische Ofentechnik mit anderen fachlich geeigneten Optionen vergleichen.

Arbeitsauftrag: Erstelle für die Ausbildungsleitung eine Entscheidungsmatrix mit Temperatur, Stofffunktion, Technik, Infrastruktur, Emissionen und Sicherheitsfreigabe.

Muster-Einordnung: Für das Reinigungsbad spricht viel für eine Wärmepumpenprüfung. Bei 170 °C fehlen noch Angaben zur verfügbaren Wärmequelle. Für den Glühofen ist ohne Detaildaten keine seriöse Festlegung auf Wasserstoff oder Elektrizität möglich. Wenn Nordmetall zusätzlich Eisenerz reduzieren würde, käme Wasserstoff als chemisches Reduktionsmittel ins Spiel.

Gestufte Hilfen zum Ausbildungsfall

Hilfe 1 – Orientierung: Benötigt der Prozess einen Stoff für eine chemische Reaktion oder nur Energie?

Hilfe 2 – Entscheidung: Prüfe zuerst Temperatur, Wärmequelle, Betriebszeit und Produktanforderungen. Vergleiche danach Strom, Wärmepumpe und Wasserstoff.

Hilfe 3 – Rechenhilfe: In einem rein modellhaften Vergleich werden aus 100 kWh eingesetztem Strom bei angenommenen 70 % Elektrolysewirkungsgrad 70 kWh Wasserstoffenergie. Eine nachgeschaltete Brennstoffzelle mit angenommenen 50 % elektrischen Wirkungsgrad gibt daraus 35 kWh Strom ab. Beide Werte sind Beispielannahmen, keine festen Herstellerkennzahlen.

Hilfe 4 – Begründung: Für reine Wärmeerzeugung kann eine direkte Stromnutzung Umwandlungsverluste vermeiden. Eine Wärmepumpe kann bei passendem Temperaturniveau zusätzliche Umwelt- oder Abwärme nutzen. Bei stofflichen Prozessen zählt dagegen auch die chemische Funktion des Wasserstoffs.

Basis-, Anwendungs- und Transferaufgabe mit Feedback

Basis: Ist eine Brennstoffzelle ein Elektrolyseur?

Musterantwort: Nein. Der Elektrolyseur nutzt Energie zur Wasserstofferzeugung; die Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff zur Stromerzeugung.

Begründetes Feedback: Entscheidend ist die Richtung der Energieumwandlung, nicht die Ähnlichkeit der Bauteile.

Anwendung: Ein Betrieb braucht 80 °C warmes Prozesswasser. Begründe, welches System Du zunächst untersuchen würdest.

Musterantwort: Abwärmenutzung und industrielle Wärmepumpe, weil ein vergleichsweise niedriges Temperaturniveau oft effiziente Optionen eröffnet.

Begründetes Feedback: Das ist eine Prüfpriorität, keine Anlagenentscheidung. Ohne Wärmequelle, Leistungsbedarf und Betriebsdaten kann auch die Wärmepumpenlösung scheitern.

Transfer: Ein Werbeprospekt behauptet: „Wasserstoffverbrennung ist vollständig emissionsfrei.“ Beurteile diese Aussage.

Musterantwort: Die Aussage ist falsch beziehungsweise zu pauschal: Bei Verbrennung mit Luft können Stickoxide entstehen. Zudem hängt die Treibhausgasbilanz vom Herstellungsweg des Wasserstoffs ab.

Begründetes Feedback: Eine gute Beurteilung trennt Emissionen am Einsatzort von der gesamten Herstellungskette und nutzt unabhängige Quellen.

Interaktive Modelle und Quellenwerkstatt

Modell A – Elektrochemie: Siemens Stiftung. Identifiziere Elektronenfluss und Wärmeabgabe.

Modell B – Brennstoffzelle: planet schule. Erkläre danach die Rolle von Anode und Kathode.

Modell C – Industrietemperaturen: Fraunhofer ISE. Suche geeignete Temperaturbereiche und notiere die Grenzen.

Modell D – Wasserstoffprojekte: IEA Hydrogen Tracker, aktualisiert am 18. Juni 2026. Unterscheide angekündigte Projekte von in Betrieb befindlichen Projekten.

Zusätzliche Demonstration: DLR: Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle, 44 Sekunden, CC BY-NC-ND 3.0.

Kritischer Quellenvergleich

Quelle	Stärke	Kritische Prüffrage
IEA, 2026	Internationale Marktdaten und Projektstatus	Handelt es sich um Ist-Daten, Prognosen oder Ankündigungen?
Fraunhofer ISE, 2025	Forschungsbasierte Bewertung industrieller Transformationspfade	Unter welchen Annahmen wurde der Prozess untersucht?
Umweltbundesamt, aktualisiert 2026	Unabhängige Einordnung von Luftschadstoffen	Wird zwischen Verbrennung und Brennstoffzelle unterschieden?
DVGW	Fachperspektive auf Gasinfrastruktur	Welche Interessen und technischen Voraussetzungen prägen die Darstellung?
Fraunhofer IKTS	Informationen zur stofflichen Wasserstoffnutzung	Ist die dargestellte Technologie bereits breit umgesetzt oder noch in Entwicklung?

Quellenauftrag: Vergleiche die Aussagen „Wasserstoff ist unverzichtbar“ und „Wasserstoff ist ineffizient“. Beide können je nach Einsatzfeld unvollständig sein. Begründe Deine Bewertung mit mindestens zwei unabhängigen Quellen.

Feedback: Fachlich überzeugend ist eine Antwort erst dann, wenn sie zwischen chemischer Funktion, Prozesswärme, Stromerzeugung, Klimabilanz und tatsächlichem Anlagenstatus unterscheidet.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Anlage nutzt elektrischen Strom zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser? (Elektrolyseur) (!Brennstoffzelle) (!Wärmetauscher) (!Elektrolichtbogenofen)

Welche Energieform liefert eine Wasserstoffbrennstoffzelle unmittelbar als Hauptnutzen? (Elektrische Energie) (!Mechanische Rotationsenergie) (!Kernenergie) (!Sonnenstrahlung)

Wo übernimmt Wasserstoff eine chemische Funktion als Reduktionsmittel? (Bei der Direktreduktion von Eisenerz) (!Bei jeder elektrischen Bauteilereinigung) (!Bei jedem Wärmepumpenprozess) (!Bei der Kühlung eines Schaltschrankes)

Was sollte bei einem Prozess mit 80 Grad Celsius zunächst geprüft werden? (Abwärmenutzung und industrielle Wärmepumpe) (!Ausschließlich Wasserstoffverbrennung) (!Grundsätzlich ein Hochofen) (!Nur eine Brennstoffzelle ohne weitere Analyse)

Was gilt für die Bereitstellung von Prozesswärme bei etwa 170 Grad Celsius? (Hochtemperaturwärmepumpen können unter geeigneten Bedingungen infrage kommen) (!Jede handelsübliche Wärmepumpe ist ohne Prüfung geeignet) (!Wasserstoff ist immer die einzige Möglichkeit) (!Elektrische Wärme ist grundsätzlich ausgeschlossen)

Was folgt aus einem Prozessbedarf von 950 Grad Celsius? (Die geeignete Technologie muss anhand des konkreten Prozesses geprüft werden) (!Wasserstoff ist automatisch die beste Wahl) (!Elektrische Ofenverfahren sind technisch ausgeschlossen) (!Eine gewöhnliche Raumheizung genügt)

Welche Aussage zur Festoxidbrennstoffzelle ist richtig? (Sie arbeitet bei hohen Zelltemperaturen) (!Sie ist ein Wasserstoffspeicher ohne Energieumwandlung) (!Sie erzeugt immer genau 950 Grad Celsius nutzbare Prozesswärme) (!Sie ist identisch mit einem offenen Wasserstoffbrenner)

Was kann bei der Wasserstoffverbrennung mit Luft entstehen? (Stickoxide) (!Radioaktives Plutonium) (!Ausschließlich reiner Sauerstoff) (!Grundsätzlich keinerlei Abgasbestandteile)

Was kennzeichnete laut IEA die weltweite Wasserstoffversorgung im Jahr 2025? (Emissionsarm erzeugter Wasserstoff machte weniger als ein Prozent aus) (!Der gesamte Wasserstoff wurde mit erneuerbarem Strom erzeugt) (!Wasserstoff wurde ausschließlich für Gebäudeheizung genutzt) (!Es gab weltweit keine industrielle Wasserstoffnutzung)

Wer darf erforderliche Eingriffe in eine betriebliche Wasserstoffanlage freigeben? (Die dafür verantwortlichen und fachkundigen Personen nach den betrieblichen Vorgaben) (!Jede lernende Person ohne Unterweisung) (!Alle Personen nach Anschauen eines Videos) (!Jede Person mit einer selbst erstellten Simulation)

Memory

Elektrolyse	Strom wird für die Wasserstofferzeugung genutzt
Brennstoffzelle	Wasserstoff wird elektrochemisch zur Stromerzeugung genutzt
Wärmepumpe	Umweltwärme oder Abwärme wird auf ein höheres Temperaturniveau gebracht
Direktreduktion	Sauerstoff wird chemisch aus Eisenerz entfernt
Stickoxide	Mögliche Luftschadstoffe bei Verbrennung
Gefährdungsbeurteilung	Grundlage zur Festlegung betrieblicher Schutzmaßnahmen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Stofflicher Wasserstoffeinsatz	Chemische Reduktion von Eisenerz
Direkte Elektrifizierung	Elektrisch betriebener Industrieofen
Niedertemperatur-Prozesswärme	Reinigungsbad für Metallteile
Hochtemperatur-Prozesswärme	Glühofen zur Wärmebehandlung
Elektrochemische Rückverstromung	Stromerzeugung in der Brennstoffzelle

Kreuzworträtsel

Elektrolyse	Wie heißt das Verfahren zur Wasserstofferzeugung durch elektrische Zerlegung von Wasser?
Brennstoffzelle	Welche Technik wandelt die chemische Energie von Wasserstoff elektrochemisch in Strom um?
Reduktion	Wie heißt der chemische Vorgang beim Entzug von Sauerstoff aus Eisenerz?
Stickoxide	Welche Schadstoffgruppe kann bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Luft entstehen?
Waermepumpe	Welche Technik kann Wärme aus einer kälteren Quelle auf ein höheres Temperaturniveau bringen?
Sektorkopplung	Wie heißt die Verbindung von Stromversorgung mit Industrie und anderen Verbrauchsbereichen?

LearningApps

Dies ist die LearningApps-Themensuche, nicht die Zusicherung einer bereits existierenden Einzelaufgabe.

Lückentext

Ein

wandelt elektrische Energie in die chemische Energie von Wasserstoff um.

Eine

stellt aus zugeführtem Wasserstoff elektrische Energie bereit.

Die Verbindung verschiedener Verbrauchsbereiche mit dem Energiesystem heißt

.

Bei der Stahlherstellung kann Wasserstoff als

eingesetzt werden.

Für ein Reinigungsbad mit niedrigem Temperaturniveau kann eine

sinnvoll sein.

Beim Betrieb einer solchen Technik ist der verfügbare Temperaturhub besonders

.

Eine reine Wasserstoffflamme ist kein Beispiel für eine

Stromerzeugung.

Bei der Verbrennung mit Luft können

entstehen.

Vor praktischen Tätigkeiten an Gasanlagen muss eine betriebliche

vorliegen.

Eine angekündigte Industrieanlage ist nicht zwangsläufig schon in

.

Offene Aufgaben

Leicht

Energieflussdiagramm: Zeichne den Weg von erneuerbarem Strom über einen Elektrolyseur zur industriellen Verwendung und markiere jede Umwandlung.
Brennstoffzelle: Erstelle eine beschriftete Zeichnung mit Wasserstoff, Sauerstoff, Strom, Wasser und Wärme.
Prozesstemperatur: Ordne den drei Bereichen 80 °C, 170 °C und 950 °C jeweils ein Verfahren aus dem Ausbildungsfall zu.
Medienanalyse: Erstelle aus der DLR-Animation oder dem Stuttgarter Laborvideo eine Bildfolge mit fünf sachlich richtigen Beobachtungen. Baue nichts nach.

Standard

Technologiebewertung: Entwirf eine Entscheidungstabelle für das Reinigungsbad der Nordmetall GmbH mit Chancen und Grenzen einer Wärmepumpe.
Wirkungsgrad: Berechne anhand der ausdrücklich fiktiven Beispielannahmen aus dem Kurs die Rückverstromung von 100 kWh und erläutere die Verluste.
Quellenkritik: Vergleiche einen DVGW-Beitrag mit einer Fraunhofer-Studie und markiere Interessen, Annahmen sowie belegte Ergebnisse.
Betriebliche Sicherheit: Gestalte ein Informationsplakat zu Gas, Wasserstoff, Verbrennung und Abgas, ohne betriebliche Arbeitsanweisungen zu erfinden.

Schwer

Sektorkopplung: Entwickle eine digitale Prozessgrafik, die Wasserstoff als Rohstoff, Brennstoff und Stromträger klar unterscheidet.
Prozessoptimierung: Erstelle eine begründete Vorauswahl für Nordmetalls 170-Grad-Trocknung und benenne mindestens fünf fehlende Betriebsdaten.
Stahlherstellung: Vergleiche wasserstoffbasierte Direktreduktion mit Schrottrecycling im Elektrolichtbogenofen und erkläre, warum sie unterschiedliche Aufgaben erfüllen.
Technikfolgenabschätzung: Produziere ein kurzes Erklärvideo oder eine Präsentation zur Frage „Wo sollte knapper emissionsarmer Wasserstoff zuerst eingesetzt werden?“ mit mindestens drei fachlichen Quellen, Angaben zum Quellenstand und einem Sicherheitskapitel.

Lernkontrolle

Technologieentscheidung: Ein Betrieb behauptet, Wasserstoff sei unabhängig vom Temperaturbedarf immer die klimafreundlichste Lösung. Widerlege oder bestätige die Aussage anhand von mindestens drei Entscheidungskriterien.
Prozesskette: Erkläre, warum eine effiziente Brennstoffzelle allein noch keine effiziente Gesamtkette aus Stromerzeugung, Elektrolyse, Speicherung und Rückverstromung garantiert.
Stoffliche Nutzung: Begründe, weshalb Wasserstoff bei der Reduktion von Eisenerz anders bewertet werden muss als beim Erwärmen von Reinigungswasser.
Sicherheitsbewertung: Formuliere für einen rein virtuellen Planungsfall, welche Informationen und fachlichen Prüfungen vor einer tatsächlichen Wasserstoffnutzung fehlen.
Quellenvergleich: Ermittle in der IEA-Übersicht einen Unterschied zwischen angekündigter und tatsächlich realisierter Wasserstoffinfrastruktur und erkläre dessen Bedeutung für einen Industriebetrieb.
Abgasbewertung: Erkläre, warum die Begriffe „kein CO₂ bei der Verbrennung“ und „vollständig emissionsfrei“ nicht gleichbedeutend sind.

Lernnachweis

Erstelle eine digitale Ausbildungsmappe zur Nordmetall GmbH. Sie muss enthalten:

Eine korrekte Grafik zur Sektorkopplung.
Einen Vergleich von Elektrolyseur, Brennstoffzelle und Wasserstoffbrenner.
Eine begründete Technologievorauswahl für 80 °C, 170 °C und 950 °C.
Eine Erklärung des stofflichen Wasserstoffeinsatzes bei der Direktreduktion.
Eine nachvollziehbare Modellrechnung zur Energieumwandlung mit kenntlich gemachten Annahmen.
Eine Quellenkritik mit mindestens drei Quellen unterschiedlicher Perspektive.
Eine Sicherheitsübersicht zu Gas, Wasserstoff, Verbrennung und Abgas einschließlich der erforderlichen fachlichen Freigaben.
Ein Fazit, das offene Fragen und Datenlücken benennt, statt eine unbegründete Anlagenfreigabe auszusprechen.

Bewertung: Fachliche Richtigkeit, nachvollziehbare Begründung, korrekte Quellen und Medienrechte, realistische Einsatzgrenzen und sichere Handlungsabgrenzung.

OERs zum Thema

Weitere freie beziehungsweise offen zugängliche Materialien:

Siemens Stiftung: Interaktive Brennstoffzelle – CC BY-SA 4.0.
Universität Stuttgart: Brennstoffzelle – Laborversuch – CC BY 4.0.
DLR: Brennstoffzellen-Animation – CC BY-NC-ND 3.0, keine Bearbeitung.
IEA: Global Hydrogen Review 2026 – CC BY 4.0.
planet schule: Lernspiel – Nutzung über die Originalseite.

Fachquellen, Medienrechte und Freigabestatus

Prüfstand: 11. Oktober 2026. Technische Aussagen und Medienadressen wurden anhand der angegebenen Originalquellen abgeglichen. Veröffentlichungsdaten älterer Demonstrationen sind bewusst sichtbar; eine ältere Animation gilt nicht als Beleg für den aktuellen Stand des Anlagenrechts.

Fachliche Referenzen:

IEA, Global Hydrogen Review 2026, Nachfrage – Ist-Daten für 2025, veröffentlicht 18. Juni 2026.
Fraunhofer ISE, Industrietransformation – 4. Februar 2025.
Fraunhofer ISE, Industriewärmepumpen – 29. Januar 2025.
Umweltbundesamt, Stickstoffoxide – aktualisiert 25. Juni 2026.
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, aktuelle TRGS-Übersicht – insbesondere Gefahrstoffbeurteilung, Tätigkeiten mit Gasen und Explosionsschutz.
Gefahrstoffverordnung und Betriebssicherheitsverordnung – jeweils geltende Fassung vor Praxis erneut prüfen.

Bildnachweise für Wikimedia Commons:

Hydrogen electrolyser – Science Museum, London.jpg – The wub, CC BY-SA 4.0.
PEM Elektrolyse 5.gif – Davidlfritz, CC BY-SA 3.0.
Proton Exchange Fuel Cell Diagram.svg – Mattuci, CC0 1.0.
Hydrogen fuel cell schematic.jpg – Emma Ambrogi, CC BY-SA 4.0.
Elektrolichtbogenofen.jpg – GMH official, CC BY-SA 3.0.
Midrex Process diagram.svg – Borvan53, CC BY-SA 3.0.
Linde-Wasserstofftank.JPG – Claus Ableiter, CC BY-SA 4.0.

Lizenzhinweis: Bei Weiterverwendung von CC-BY-SA-Medien sind Urheber, Lizenzlink und gegebenenfalls Änderungen anzugeben; Bearbeitungen müssen die jeweilige Weitergabelizenz beachten. Verlinkte YouTube-Videos sind nicht automatisch offene Bildungsressourcen. Ihre Einbettung ersetzt keine Lizenz zur Vervielfältigung. Bei DLR-Material mit CC BY-NC-ND sind die Einschränkungen für kommerzielle Nutzung und Bearbeitung zu beachten. Externe Plattformen können eigene Datenschutz- und Einbettungsbedingungen haben.

Freigabestatus: Der Kurs ist für beaufsichtigte Theorie- und Medienarbeit ausgelegt und stellt keine sicherheitstechnische Fachfreigabe dar. Reale Anlagen, Laborversuche, Gasversorgung, Wasserstoff, Verbrennung und Abgas dürfen nur im Rahmen aktueller betrieblicher Regelungen und nach den notwendigen Prüfungen durch fachlich befugte Personen behandelt werden.