Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle Folie 1 Internationale Handwerksmesse München I.H.M. 2004 Aussteller-Forum Halle A4,

FraunhoferISI

InstitutSystemtechnik undInnovationsforschungL-B-Systemtechnik

Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle

Folie 1

Internationale Handwerksmesse München I.H.M. 2004

Aussteller-Forum Halle A4, Stand 309/416 am 9. März 2004

Anforderungen an das Handwerk

durch die Innovation Brennstoffzelle

Wolfgang Koschorke, Walter Pirk, Heinz-Piest-Institut für HandwerkstechnikDr. Ulrich Bünger, Martin Zerta, L-B-Systemtechnik GmbH

Dr. Frank Marscheider-Weidemann, Dr. Annette Roser, FhG-ISI

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Inhalt

• Motivation „Handlungszwang“

• Kurzeinführung in die BZ-Technologie

• Projekt im Rahmen von „BERTA“ des BMWA

• Auswirkungen der BZ-Technik auf das Handwerk

• Forum „Netzwerk Brennstoffzelle im Handwerk“

• Zusammenfassung und Ausblick

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Abhängigkeit vom OPEC-Öl

Anteil an Weltölproduktion 28% (1997) 63% (2020) [IEA, 98]

EU-Verpflichtung Kyoto-Protokoll

GHG-Reduktion um 8% bis 2008/12 (Basis: 1990)

Politische Zielvorgabe

Verdopplung REG-Stromanteile von 6% 12% bis 2010, 33% bis 2020! REG PE-Anteil auf 20% bis 2020!

Wirtschaftspolitische Rolle

Anschluss oder technologische Führerschaft nicht verlieren

Politische Beweggründe für eine neue EU-Energiestrategie

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Aufbau kleiner Brennstoffzellen

Quelle: Celanese

Niedertemperatur (PEM)

Bipolarplatte mit Gaskanälen

Membrane

Gasdiffusionsschicht mit Katalysator

Endplatte

Quelle: Sulzer-HEXIS

Hochtemperatur (SOFC)

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PEM-Brennstoffzellensystem für C-haltige Brennstoffe

Wechselrichter

Luft

Strom

Wärme

H2O2

H2OH+

e-

Wasser AnodeKathode Membran

Reformer

Luft/H20

Brennstoff(z.B. Erdgas)

Abgas/CO2

Direkte Umsetzung chemischer in elektrische Energie und WärmeGeringe Geräuschemissionen, wenige bewegte Teile (wartungsfreundlich)Kraft- bzw. brennstofflexibel durch Reformer

Quelle: Osaka Gas

Entwickelt für die Versorgung von 1 kWel Brennstoffzellen

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BZ in Kombination mit erneuerbaren Energien und Wasserstoff

Wasserstoff

Strom

SpeicherWärme Speicher

KellerPEMBrennstoffzelle

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BERTA = Brennstoffzellen-Entwicklung und Erprobungfür stationäre und mobile Anwendungen

• Volumen: ca. 20,5 Mio. EUR/Jahr bzw. insgesamt 61,4 Mio. EUR

• 4 Bereiche:• Industrialisierung der Zellen• Genehmigung und Normung• Infrastruktur• Aus- und Weiterbildung/Öffentlichkeitsarbeit

• 3 Projekte• ZSW/Ulm Prof. Garche• FZJ/Jülich Prof. Stolten• HPI, FhG-ISI, LBST

Brennstoffzellenprojekt mit Fokus Handwerk

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Projektpartner

• L-B-Systemtechnik, Ottobrunn• FhG-Institut für Innovationsforschung

und Systemtechnik (ISI), Karlsruhe

Netzwerk und ArbeitsfelderHPI: vertritt unabhängig die Interessen des Gesamthandwerks

LBST: Kompetenz in H-Technologien und Märkten (weltweit)

FhG: arbeitsmarktpolitische und gesamtgesellschaftliche Fragestellungen

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• ca. 850.000 Handwerksbetriebe mit insgesamt 5,9 Mio. Beschäftigten

• BZ-Technik betrifft hauptsächlich 171.852 Unternehmen (=20%) in

• Elektrotechnik• Kraftfahrzeugtechnik und• Installateur & Heizungsbauer

Struktur des Handwerks in Deutschland

Anzahl Betriebe Anzahl Beschäftigte

Sanitär/Heizung 48.000 500.000

Schornsteinfeger 8.000 25.000

Elektrohandwerk 64.000 513.000

KFZ 48.000 531.000

davon fabrikatgebunden 24.000

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20.107

23.758

32.928

40.749

43.982

48.472

48.692

59.015

63.317

64.146

0 20.000 40.000 60.000 80.000

Feinwerkmechaniker

Fleischer

Metallbauer

Maler und Lackierer

Tischler

Maurer und Betonbauer

Installateur + Heizungsbauer

Kraftfahrzeugtechniker

Friseure

Elektrotechniker

Von der Brennstoffzellentechnik betroffene HandwerkeVon den 10 personalstärksten Handwerksgewerben sind in Deutschland 3 von der Brennstoffzellentechnik betroffen

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Im PKW Im Bus

In der Hausenergie-versorgung

In der Industrie In portablen........Anwendungen

Anwendungsgebiete von Brennstoffzellen - Überblick

25 W DMFC von Smart Fuel Cell

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Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle - Projektziel

Was?• Das Handwerk auf die Brennstoffzellen-Technologie vorbereiten• Die Markteinführung der Technologie Brennstoffzelle für das Handwerk nutzen

Wie?• Frühzeitige Information und Beratung• Position der betroffenen Gewerke stärken

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Handwerker: Welches Know-how ist für die Installation erforderlich? Welche Fehler wurden bei der Installation gemacht? Welcher Ausbildungsbedarf kann aus den bisherigen

Erfahrungen abgeleitet werden? Welche neuen Fachinhalte (Sicherheit, Fernüberwachung)

kommen hinzu?

Fragestellungen I

Systemhersteller: Wie ist die Akzeptanz von Handwerkern und Betreibern bisher? Wo sind die Systeme verbesserungsfähig? Welche Aufgabenteilung zwischen den Beteiligten ist vorstellbar?

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Fragestellungen II

Nutzer: Welche Erfahrungen mit den Brennstoffzellen-Systemen liegen

bisher vor? Welche Vorrausetzungen muss der Nutzer mitbringen? Welche technischen Probleme treten auf? Waren Umstellungen z. B. beim Heizverhalten nötig?

Energieversorger: Welche Probleme/Chancen sind mit dem Einsatz von

Brennstoffzellen-Systemen verbunden?

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• Wissenschaftliche Begleitung der Pilotanlagen (Während der Planung, der Installation und des Betriebs „vor Ort“)

Reformbedarf der betroffenen Berufsbilder Anpassung der Ausbildungsinhalte

Methodik

• Ergänzende Analysen auf Basis branchenspezifischer Statistiken und Erfahrungen der Fachverbände

• Erfahrungsvergleiche mit der Einführung neuer Technologien in der Vergangenheit im SHK-Bereich, wie z. B. Motor-BHKW, Energie-Contracting• Im Kfz-Bereich: Befragungen von OEMs, des Kfz-Fachverbands, Innung des Kraftfahrzeughandwerks

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1. Analyse Ausgangssituation: Handwerksstrukturen nach Anwendung• portabel• mobil• stationär

Arbeitsschritte

2. Projektbegleitende Information Handwerk• Maßnahmen Informationsverbreitung

• Koordinationsstelle „Brennstoffzelle“ mit Internetseite• Forum „Netzwerk Brennstoffzelle im Handwerk“• Begleitende Antragsstellung für Demozentren im Handwerk

• Multiplikatorenschulung• Entwicklung und Bereitstellung CD-ROM mit allgemeinen BZ-Infos

3. Fallstudien

4. Auswirkungen Arbeitsmarkt

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0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Kraftfa

hrzeug

techn

iker

Kaross

erie-

und F

ahrzeu

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Instal

lateu

r / H

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gsba

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Elektro

techn

iker

Elektro

maschin

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er

Um

satz

ante

il

übriger UmsatzHandelsumsatzHandwerksumsatz

Quelle: StBa, Fachserie 2, Reihe 1.1

Heutige Umsatzanteile im Handwerk

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China FC

Toyota Hino

DaimlerChrysler

GM/Opel PSA

Nissan Toyota

Beispiele für den Einsatz von Brennstoffzellen im Straßenverkehr

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Toyota Fine-S Hunter Studie

Paradigmenwechsel - Neue Fahrzeugkonzepte

Quelle: GM/Opel

GM - Skateboard GM - HyWire

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Kfz-Handel(Neuwagen, Pkw+Kombi)

47%

Unfallreparaturen 8%

Kfz-Handel (Neuwagen, Lkw)

5%Kfz-Handel (Gebrachtwagen,

Pkw+Kombi)6%

Kfz-Handel (Gebrauchtwagen über Neuwagenmarkt,

Pkw+Kombi)21%

Kfz-Handel (Gebrauchtwagen, Lkw)3%

Wartungen 6%

Verschleißreparaturen 4%

Umsatz Kfz-Handwerk heute

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Auswirkungen und Maßnahmen Kfz-Handwerk

• Stark veränderte Fachinhalte und strukturelle Veränderungen• Vom Maschinen- und Fahrzeugbau zur Elektrotechnik/Elektronik• Zunehmend Trennung von Karosseriebau und Antriebstechnik denkbar

• Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen stark industriell geprägt

• Umstellung auf neue Strukturen im „gesicherten“ Industrieumfeld

Betroffenheit hauptsächlich im „Industrienahen Handwerk“ Interesse der Fachverbände z.Z. eher gering

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Motorola Smart Fuel Cell

Toshiba, 12 Wel

MasterflexFhG-ISE, 50 Wel

Beispiele für den Einsatz portabler Kleinst-Brennstoffzellen

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Portable Kleinst - Brennstoffzellen

• Betroffene Gewerke sind Elektrotechniker und Elektromaschinenbauer

• Hersteller überzeugt, dass • Handwerk grundsätzlich an BZ-Systemtechnik (an das jeweilige

Einsatzfeld angepasste Vertiefung) herangeführt werden sollte, aber

• Fachhandwerker keine vertiefte Aus- oder Weiterbildung zur Basistechnologie (Technologie, Herstellung) benötigt

• Auswirkungen für Handwerk nach BZ-Systemkomponenten Kraftstofftank, Zellstapel und Elektronik (Zellstapel: lediglich Komponententausch)

• Zusätzlich wird Gefahrgutwissen verlangt und Kenntnisse zur BZ-Integration in Fahrzeug- bzw. Anwendungselektronik.

• Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen abhängig von individueller Anwendung, d.h. vom betroffenen Handwerk

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Ballard, 1,2 kWel

Voller Energy, 1 kWelBallard, 1,2 kWel

AXANE, polar pack

Beispiele für den Einsatz portabler Klein-Brennstoffzellen

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• Betroffene Gewerke sind Elektrotechniker und Elektromaschinenbauer

Portable Klein - Brennstoffzellen

• Gestuftes Reparaturkonzept:• zunächst Anleitung des Kunden bei einfachen Schäden

• dann Fehlereinkreisung per werksseitiger Ferndiagnose durch Spezialisten und Reparatur nach Bedarf (Werkzeug, Ersatzteile bzw. Austauschaggregat)

• An Handwerker gestellte Anforderungen gleichen denen an Fachpersonal im Bereich landwirtschaftlicher Maschinen bzw. im Kfz-Handwerk.

• BZ-spezifische Kenntnisse beim Handwerker i.d.R. nicht erforderlich, da Eingriffe in BZ-Aggregat oder Steuerung i.A. nicht vor Ort erfolgen (BZ-Aggregat und Steuerung im Bedarfsfall als Austauschteil im Werk repariert)

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Hamburg Gas ConsultEuropean Fuel CellsBaxi Group

Zellstapel,5 kWel

Beispiele für den Einsatz kleiner stationärer Brennstoffzellen

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Auswirkungen und Maßnahmen Elektrohandwerk

• Veränderte Fachinhalte aber kaum strukturelle Veränderungen

• Erschließbarkeit neuer Märkte, z.B. • Hausenergieversorgung• Verdrängung verbrennungsmotorischer durch elektrische Kleinantriebe

• BZ-System-Hersteller ohne bestehende Partnerschaft zum SHK-Handwerkkönnten für Service und Wartung das Elektrohandwerk vorziehen

Gesprächsbereitschaft mit anderen Gewerken Definition gemeinsamer Maßnahmen im Handwerk (z.B. Erhalt dezentraler Wartungs- und Dienstleistungsstrukturen)

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• Strukturelle Brüche im heutigen SHK-Handwerk wahrscheinlich

Auswirkungen und Maßnahmen SHK-Handwerk

• Mittel- bis langfristiges Wegbrechen des direkter Kundenzugangs durch neue Dienstleistungsgeschäfte (z.B. EVU/GVU) möglich

• Wettbewerb bzw. neue Kooperationen mit Elektrohandwerk um Heizungsinstallation denkbar (Sachkundenachweis nach §7a HWO „Eintragung mit dem jeweils anderen Handwerk“ seit Anfang 2002 zwischen ZVEH und ZVSHK)

Künftig völlig neues Handwerksverständnis denkbar:• Stärkere Anbindung SHK-Handwerk an Heizgeräteindustrie

ähnlich dem Kfz-Handwerk an Automobilhersteller und -zulieferer• Verlust Kundenzugang und geräte- und systemspezifische Aus-

und Weiterbildungsinhalte zugunsten Vorgaben der Industrie

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• Im Schornsteinfegerhandwerk Anpassung an neue Inhalte traditionell am nachhaltigsten (Kohle Ölheizung Erdgasheizung)

Auswirkungen und Maßnahmen Schornsteinfegerhandwerk

• Wichtiger Bestandteil Umweltmesstechnik ( umweltfreundliches Image)

• Brennstoffzellenheizgerät insbesondere im Niedrigenergiehaus könnten Aufgabenumfang des Schornsteinfegerhandwerks reduzieren

• Anlagensicherheit könnte an Bedeutung gewinnen bzw. neue Funktion als Umweltgutachter (z.B. Mecklenburg-Vorpommern)

statt Überprüfung von “Feuerstätten“ nun sicherheitstechnischer Erfordernisse“ (z.B. CO, Lüftung, Erdgas, H2?) bzw.

umweltrelevante Überprüfungen/Beratungen im staatlichen Auftrag (regelmäßige Hausbesuche im öffentlichen Interesse)

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Teilnehmer am Netzwerk „Brennstoffzelle im Handwerk“

TTZ

Kammern

ZV und LV

L-B-Systemtechnik

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InstitutSystemtechnik undInnovationsforschung

ZDH

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Ziele und Inhalte des Forums

• Angebot an Verbände und Kammern der Erarbeitung eines gemeinsamen Selbstverständnisses zur Brennstoffzellentechnik auf „neutralem Grund“

• Erarbeitung eines gemeinsam abgestimmten Positionspapiers

• Vermittlung über handwerksinterne Grenzen hinweg durch „Netzwerkbildung“

• Fokus „stationäre Brennstoffzellentechnik“ wegen besonderer Betroffenheit von SHK-, Elektro- und Schornsteinfegerhandwerk

• Stationäre BZ-Technik ist eine auch im kleinen Leistungsbereich effiziente Kraft-Wärme-Kopplungstechnologie

• Regelmäßige Treffen mit fachlichen Beiträgen

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6 Thesen zu den Auswirkungen derBrennstoffzellentechnologie auf das Handwerk

These 1: Grund für Veränderungen ist Energiewirtschaft, nicht BZ-Technologie

These 2: Neue Wettbewerbsstrukturen im Markt schaffen Handlungszwang

These 3: Interner Abstimmungsprozess im Handwerk erforderlich

These 4: Rollenverständnis im Handwerk ist zu modernisieren

These 5: Sofortmaßnahmen durch Handwerksorganisationen erforderlich

These 6: Netzwerkstrukturen helfen interne Widerstände zu überwinden

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Vorschlag für eine Positionierung des Deutschen Handwerks zur Brennstoffzellentechnik/KWK• Erkenntnis der Chancen für das Handwerk, die durch nicht konsequente

Energiemarkt-Liberalisierung behindert werden

• Forderung gerechter und transparenter politischer Rahmenrichtlinien zur Verbesserung der Stellung der Klein-KWK

• Trennung Stromerzeugung und Netzbetrieb• Angemessene Vergütung der Einspeisung auf Niederspannungsnetzebene• Innovationsschub durch Förderung eines Wertewandels zu dezentralen

Energieversorgungsstrukturen

• Forderung nach Anerkennung der wirtschaftlich bedeutenden und eigenständigen Stellung des Handwerks

• Informationskampagne des Handwerks zu neuen Energieversorgungsstrukturen, -technologien und -dienstleistungen

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• BZ-Technologie wird mit anderen innovativen Technologien und neuen Marktgegebenheiten nachhaltige strukturelle Veränderungen auch im Handwerk hervorrufen

• Viele industrielle Spieler haben bereits reagiert

• Handwerk muss handwerksinternen Konsens erarbeiten, diesen kommunizieren und dann für neue Partnerschaften bereit sein

• Kfz-Handwerk von Entwicklung wegen industrieorientierter Entwicklung weitgehend abgekoppelt: kein Interesse!

• Schornsteinfegerhandwerk könnte neue Aufgaben dazu gewinnen, andere verlieren: verhaltenes Interesse!

• Elektro- und SHK-Handwerk am nachhaltigsten betroffen: erkennen neue Strukturen und signalisieren Kooperationsbereitschaft

Zusammenfassung und Ausblick

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