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Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle ( Foliensatz für Multiplikatoren). 1 . Problemstellung. 2. Technologie. 3. Markt/Akteure. 4. Anforderungen an das Handwerk. ISI. Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung. L-B- Systemtechnik. - PowerPoint PPT Presentation
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Heinz-Piest-Institut für Handwerkstechnik an der Universität HannoverL-B-Systemtechnik GmbH, OttobrunnFraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung, Karlsruhe
Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
1
Aktuelle Informationen auch unter
www.hpi-hannover.de/brennstoffzelle
Wolfgang Koschorke, Walter Pirk, Heinz-Piest-Institut für Handwerkstechnik
Dr. Ulrich Bünger, Martin Zerta, L-B-Systemtechnik GmbH
Dr. Frank Marscheider-Weidemann, Dr. Annette Roser, FhG-ISI
ISIFraunhofer Institut
Systemtechnik undInnovationsforschungL-B-Systemtechnik
Anforderungen an das Handwerk durch die Innovation Brennstoffzelle
(Foliensatz für Multiplikatoren)
Heinz-Piest-Institut
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
Heinz-Piest-Institut für Handwerkstechnik an der Universität HannoverL-B-Systemtechnik GmbH, OttobrunnFraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung, Karlsruhe
Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
3
20% 20% 21%39%
Industrie-feuerungen
Heizungsanlagen
Kraftwerke
Autos/Flugzeuge
Verantwortlich für die CO2 - Emissionen in Deutschland
Die Energiever(sch)wender
Stand: 2000
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
4
Private Haushalte - Verteilung des häuslichen Energieverbrauchs
WarmwasserKochen und Backen
Elektrische Geräte
und Licht
Heizen
3%10%
14%
73%
Die Spitzenreiter
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
Anteile des häuslichen
Energieverbrauchs
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Status am liberalisierten Energiemarkt (Januar 2004)
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
Wieder ansteigende Strompreise insbesondere für Privatkunden Förderung Klein-KWK (< 30 kWel, 70%) im Energiewirtschaftsgesetz
verankert Freier Netzzugang für Stromerzeuger nur unzureichend umgesetzt Freie Wahl des Stromlieferanten erschwert Entkopplung von Stromerzeugung und Netzbetrieb sowie Festsetzung ange-
messener Netztransportkosten in Vorbereitung. (Regulierungsbehörde ab 07/04) Technologischer Fortschritt bei BHKW kleiner Blockgröße (10-100 kWel-Klasse:
Gasmotor, Brennstoffzelle, Mikrogasturbine, Stirlingmotor) Kraft-, Wärme-, Kältekopplung (Tri-Generation) gewinnt an Bedeutung Interesse am Energiedienstleistungsgeschäft gestiegen Konzentrationsprozess innerhalb der Energiewirtschaft (Strom- und
Gasunternehmen) Unsichere KWK-Wirtschaftlichkeit, da keine Bindung zwischen Erdgas- und
Strompreis Politische Zukunft der Energieversorgung der Haushalte insgesamt ungewiss
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
6
Ökonomische und ökologische Aspekte der Kraftwärmekopplung
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Funktionsprinzip von Motor-BHKW
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
8
Beispiele für Motor-Blockheizkraftwerke
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
Motor-BHKW der Firma Kraftwerk, Hannover
Motor-BHKW der Firma senertec, Schweinfurt
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler: Aus einem Stoff wird durch direkte Umwandlung Strom.
Brennstoffzellen haben keine bewegten Teile, sind daher wartungsfreundlich und arbeiten nahezu geräuschlos.
Die Brennstoffzelle lebt von Oberflächen- statt Volumenprozessen, ihre Effizienz ist (daher) unabhängig von der Systemgröße.
Brennstoffzellen besitzen einen hohen Teillastwirkungsgrad.
Brennstoffzellen sind modular im Aufbau.
Brennstoffzellen zeichnen sich durch Brennstoff-Flexibilität aus.
Merkmale von Brennstoffzellen
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Reformer
Luft/H20
Brennstoff(z.B. Erdgas)
Wechselrichter
Luft
Strom
Wärme
H2O2
H2OH+
e-
Wasser AnodeKathodeMembran
CO2
Funktionsprinzip von Niedertemperatur-Brennstoffzellen (PEM)
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
11
V
AFC
PEM FC
DMFC
PAFC
MCFC
SOFC
e-
CH3OHCO2
H2O
2H2
CO2
O2
O2H2O
O2
100 °C
80 °C
80 °C
200 °C
650 °C
1000 °C
O2
O 2H2O
O2
CO2
Brennstoff Sauerstoff (Luft)
Anode Elektrolyt Kathode
2OH-Alkaline Fuel Cell
Proton Exchange Membrane FC
Direct Methanol Fuel Cell
Phosphoric Acid Fuel Cell
Molten Carbonate FC
Solid Oxide Fuel Cell
Quelle: Ledjeff-Hey
Funktionsprinzip verschiedener Brennstoffzellentypen
2H2
H2O
H2
H2
H2
H2O
H2O
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
O2-
2 H+
H+
H+
CO2-3
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Temperatur Bezeichnung Anwendung [°C]
Brennstoffzellentypen
40...90 PEM Fahrzeug, Portable Systeme AFC KWK: Haus- /Siedlungsenergie DMFC Notstrom, Dezentraler Strom,
Spitzenlaststrom
100...200 PAFC KWK: Siedlungsenergie,Spitzenlaststrom,Lokomotiven, Schiffe
600...950 MCFC KWK: Kraftwerke mit GT-Kombiprozess SOFC Industrieenergie, Grundlaststrom,
Lokomotiven, Schiffe
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
13
P
t t
Q
Haushaltsbedarf
Steuerung/
Regelung
AC
DC
t
P
Elektrisches Netz
Wärmetauscher
für Heizung
Warmwasser-
speicherReformer
.
Kondensator
Abluft
P
t t
Q
Haushaltsbedarf
Kaltwasser
Steuerung/Regelung
AC
DC
t
P
Elektrisches Netz
Wärmetauscher für Heizung
Warmwasser-
speicher
Methanol bzw.Erdgas
Reformer
Luft
H
bzw.
Reformergas
2
.
Kondensator
Hausenergieversorgung
Komponenten eines PEM-BZ- Systems
PEM- Brennstoffzelle
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
14
Quelle: Celanese
Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle
Bipolar Plate with Flow Field
Membrane
Gas Diffusion Layer with Catalyst
End Plate
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Wasserstoff - Energieträger der Zukunft
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
16
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
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Heizungsraum
Wärmeerzeuger
Brennstoffspeicher(z.B. Heizöl, Flüssiggas, Methanol)
Wärme-Übergabestation(Fern-, Nahwärme)
Raumheizfläche
Abgasführung
Warmwasserverteilung
Kaltwasser-Hausanschluss Erdgasanschluss und -zähler
Warmwasser-,Heizungspufferspeicher
Heizungsregelung
Brennstoffzellen BHKW
Komponenten von Hausheizungssystemen mit BZ
Heizwärmeverteilung
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Portable digital assistant (PDA) mit DMFC und 3-5 W
Portable DMFC für 20 h(Markteinführung 2004)
DMFC (50 W)
Backup power NEXA (1,2 kW)
Beispiele portablerBrennstoffzellen
Quelle: Casio
Quelle: Coleman, Ballard
Quelle: ToshibaQuelle: SFC
Getränkeautomat
Anwendungsbeispiele portabler Brennstoffzellen
12 W portable Brennstoffzelle
Quelle: Toshiba
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Quelle: NovArs
Quelle: BVG, PM Quelle: Zeitler
Quelle: Lada
Anwendungsbeispiele mobiler Brennstoffzellen
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
20
Vaillant
PlugPower
Honda
Celanese
Shell
Hydrogen
Ebara
Buderus
Ballard
UTC
EuropeanFuel Cell
Siemens
Kooperation für Hausenergie-versorgung und Kraftwerke
Joint ventureStrategische Partnerschaft für MEA
MTU
EbaraBallard
Entwicklungspartnerschaft für den europäischen Markt
Fuel Cell Techno.
PEM (HEV und U-Boot)SOFC (Westinghouse)
Hydrogen
Source
Viessmann
SulzerHexis
Hot Modul von MTU(MCFC 250 kWel)
SOFC 1 kWel Kooperation mit EVUs
PEM 3,8 kWel, ONSI PC25 200 kWelBMWA-ZIP Projekt
SchunkFreuden-
berg
Landis & Staefa
SGL
Carbon
ZIP Projekt, Kooperation
mit FhG-ISE und ZSW
Kooperation/Beteiligung
eigene Stackentwicklung
Strategien von Herstellern im stationären Bereich (Stand 2003)
GEHydro-genics
FCE
Toshiba
GM/Opel
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
RWE
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
21
H-tecHelio-centris
DMFC
Nexa-Module1,2 kWel
Schul- und Lehr-material (DMFC+PEMFC)
FraunhoferISE
Forschungsinstitute mit Demonstrationsprojekten
ZSW
Kooperation/Beteiligung
eigene Stackentwicklung
PEMFC
ZBT FZJ Samsung
Motorola
Aktivitäten bei weiteren Herstellern von „4C“ Produkten
(Camcorder, cell phones, computers, cordless tools)
Toshiba
Strategien von Herstellern im portablen Bereich (Stand 2002)
Ballard Power
Manhattan Scientific
Smart Fuel Cell
H-tec industrial
Axane
100%ige Tochter von Air Liquide
tubuläre BZ, Sitz München
Schwabach
h2-interpower
FC Power Systems
TIFC
NEC
Toshiba International FC: 51% Toshiba, 49 % UTC
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
22
PSA
BMW
GM/OpelToyota
Hyundai
Renault Mazda EvoBus
DC
Nuvera BallardUTC Delphi
Mitsubishi
FordVolvo
VW
Celanese
Honda
FIATNissan
Kooperation/Beteiligung
eigene Stackentwicklung
Einzelne Stacks geliefert
Feste Lieferverträge
33 % Anteil an MazdaEnge KooperationPkw Sparte bei FordFranzösische Forschungsinitiative
Enge Kooperationaber jeweils eigene Stackentwicklung
Plug Power
Brennstoffzellenstrategien von Automobilherstellern
Daihatsu
Irisbus
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
23
Zukunftsinvestitionsprogramm (ZIP) der Bundesregierung
BMWA-Initiative BERTA (Brennstoffzellen – Entwicklung und Erprobung für stationäre und mobile Anwendungen)
BERTA gliedert sich in:
1. Industrialisierung der Zellen 2. Genehmigung und Normung 3. Infrastruktur 4. Aus- und Weiterbildung/Öffentlichkeitsarbeit
Im Bereich Aus- und Weiterbildung/ÖffentlichkeitsarbeitZusammenarbeit des HPI-Konsortiums mit den Demonstrationszentren:
ZSW (Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoffforschung) Ulm FZ (Forschungszentrum) Jülich
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
Hintergrund zum Projekt „Anforderungen an das Handwerk ...
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
24
Betroffene Handwerksberufe- Installateur und Heizungsbauer- Elektrotechniker- Kfz-Techniker- Schornsteinfeger
Bisherige Tätigkeiten (herkömmliche Technik)- Installation- Wartung- Überprüfung- Reparatur/Austausch- Beratung/Verkauf
Zukünftig: teilweise Substitution der herkömmlichen Technik- Zusätzliche Anforderungen- Verlagerung von Aufgabenschwerpunkten
Analyse der Ausgangssituation bei der BZ-Einführung
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
25
Identifizierte Handlungsfelder
Ermittlung der Anforderungen der BZ-Technologie Initiierung von Informations- und Erfahrungsaustausch Stärkung der Position des Handwerks Feststellung der potenziellen Auswirkungen auf den
Arbeitsmarkt Vorbereitung von Weiterbildungsmaßnahmen Beratung beim Aufbau von Demozentren für das Handwerk Empfehlungen für die Überarbeitung von
- Berufsbildern - Meisterprüfungsordnungen- Ausbildungsordnungen
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
Projektdesign „Anforderungen an das Handwerk ...“
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Multiplikatorenschulung und Information Aufbau eines BZ-Bildungsportals unter Beteiligung
von ZSW Ulm und FZ Jülich Experteninterviews mit Herstellern von
- Brennstoffzellen-Heizanlagen- mobilen Brennstoffzellen-Systemen- portablen Brennstoffzellen-Systemen
Experteninterviews mit- verschiedenen Energieversorgungsunternehmen- Fachverbänden (Kfz, SHK, Elektro, Schornsteinfeger)- innovativen Handwerkern
Datenerhebung bei beteiligten Akteuren hinsichtlich Betrieb, Wartung, Service der Feldversuchsanlagen
Projekt-Aktivitäten „Anforderungen an das Handwerk durchdie Innovation Brennstoffzelle“
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Potenzielle Veränderung der Zulieferstruktur im Kfz-Bereich
24%
22%
12%
20%17%
6%
11%
11%
14% 13%
63%
11%
21%
17%
4%
19%
5%
4% 4%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Ante
il am
Pro
dukt
ionsw
ert
Fahrzeugindustrie
Maschinenbau
Gießerei- undMetallerzeugnisse
Chemie
Kunststoffwaren
Regelungstechnik
Elektr. Bauelemente
Verbrennungs-motor
BrennstoffzelleMethanoltank
BrennstoffzelleWasserstofftank
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Potenzielle Veränderung der Komponentenstruktur* (Kfz)
* Die Gesamtkosten für den Brennstoffzellenantrieb
wurden um 50 % höher angenommen, als die
Kosten für einen Ottomotor.
45% 45%
31%
12%
17%
24%
11% 20%
22%9%
21%4%16%
4%
5%4%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Ante
il an K
ost
en d
es
Antr
iebst
ranges Tank
Abgasanlage
Kühlsystem
Getriebe
Fahrzeugelektrik
Elektronik
VM bzw. Stack u.Gaserzeugung
Verbrennungs-motor
BrennstoffzelleMethanoltank
BrennstoffzelleWasserstofftank
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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1. Es sind strukturelle Veränderungen der Wirtschaft, die neue Rahmen bedingungen schaffen und das alte Selbstverständnis des Handwerks verändern, und nicht einzelne Technologien wie die Brennstoffzellentechnik.
2. Das Handwerk muss pro-aktive interne Lösungsansätze entwickeln, um neuen Wettbewerbsstrukturen frühzeitig begegnen zu können.
3. Das Handwerk sollte sich zur eigenen Stärkung zunächst intern abstimmen.
4. Das tradierte Rollenverständnis des Handwerks muss überwunden werden.
5. Die Entwicklung eines neuen Rollenverständnisses im Handwerk ist umgehend vorzubereiten.
6. Die Bildung von Netzwerkstrukturen kann die Entwicklung eines neuen Rollenverständnisses unterstützen.
6 Thesen zu den Auswirkungen auf das Handwerk
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Fachverbände und Kammern- Auseinandersetzungen mit neuen Energiemarktstrukturen- Untersuchung der Auswirkungen auf einzelne Gewerke bzw. deren Zusammenwirken - Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen abstimmen und entwickeln- Gemeinsam frühzeitige Gespräche mit Energieversorgern suchen
Handwerksunternehmen- Grundsätzliche Aufgeschlossenheit gegenüber neuen Entwicklungen- Aktive Informationsbeschaffung (Internet, Handwerks- oder Herstellerseminare)- Frühzeitige Beteiligung an innovativen Pilotprojekten gemeinsam mit neuen Akteuren
Vorbereitende Aktivitäten im Handwerk
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Bereitstellung von Informationsmaterialien für Berater und Handwerker über Internet Schulungen der Technologie- und Innovationsberater
Initiierung einer Informationskampagne im Handwerk Abschätzung der arbeitsmarktpolitischen Bedeutung Empfehlungen für die Öffentliche Hand
Unabhängige Information und Beratung Förderung von Kooperationen innerhalb des Handwerks und auch mit der Wissenschaft
Empfehlungen bzgl. der zielgruppengerechten Entwicklung von Lehrmaterialien Empfehlungen bzgl. der Veränderungen der Berufsordnungsmittel
Zu erwartende Arbeitsergebnisse des Projektes
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Forum „Netzwerk Brennstoffzelle im Handwerk“
Information/Erfahrungsaustausch des Handwerks über aktuelle Entwicklungen
Spiegelung der BZ-Projektergebnisse
Erfassung bestehender Aktivitäten
Erörterung der weiteren Arbeit des Forums
Erarbeitung eines gemeinsamen Positionspapiers
Ziel: Plattform für alle Handwerksbereiche bundesweit
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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Anforderungen an das Handwerkdurch die Innovation Brennstoffzelle
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Heizungsanlagenhersteller sprechen seit kurzem von 2010 als Zeitpunkt für die kommerzielle Einführung der BZ-Technologie (Technologische Weiterentwicklungen und erforderliche Kostenreduktion)
Kraft-/Brennstoff-Infrastrukturfrage wurde unterschätzt
Synergien wurden bisher nur in Ansätzen genutzt
Dynamik im Ausland ist unerwartet groß Grundlagen- und Anwendungswissen um Brennstoffzellen in der EU ist fragmentiert
Brennstoffzellentechnik ist akzeptiert, aber...
1. Problemstellung 2. Technologie 3. Markt/Akteure 4. Anforderungen an das Handwerk
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