Wasserstoff wird die Energieversorgung der Erde sichern
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Beitrag von Joachim Herrmann EVP Innovation, H-TEC SYSTEMS GmbH
Wissenschaftler sind sich zunehmend einig, dass ein zu 100 % auf erneuerbaren Energien basierendes Energiesystem kostenwirksam erreicht werden kann [1]. In den letzten Monaten haben wir in Deutschland neue Rekorde bei der Erzeugung Erneuerbarer Energien aufgestellt. Trotzdem kaufen wir Energie teuer aus dem Ausland ein, weil wir die nachhaltig erzeugten Erneuerbaren teilweise nicht nutzen können. Woran liegt das?
Der Knackpunkt für die Energiewende und die Unabhängigkeit von teuren Importen liegt in der Energiespeicherung. Eine besonders wichtige Rolle spielt dabei Wasserstoff als Speichermedium. Ohne ihn ist die Energiewende nicht möglich, bestätigen Experten aus Technologie und Wirtschaft [2].
Grüner Wasserstoff als nachhaltiger Speicher
Wasserstoff (H2) ist schon lange als klimaneutraler und effizienter Energieträger bekannt, da bei seiner Verbrennung lediglich Wasserdampf entsteht und somit keine direkten CO2 -Emissionen verursacht werden. Auch werden keine umweltschädlichen Stoffe bei der Verbrennung freigesetzt. Wenn die Energie zur Wasserstoffproduktion zudem aus erneuerbarer Energie kommt, spricht man von grünem Wasserstoff, der auch in der Herstellung komplett CO2 -frei ist. Besonders die Elektrolyse über „Proton-Exchange-Membrane“ – kurz PEM – ist speziell auf die Produktion von reinem grünem Wasserstoff ausgelegt. Im Gegensatz zur alkalischen Elektrolyse werden keine chemischen Zusatzstoffe verwendet und es ist keine aufwändige Nachreinigung notwendig.
Der grüne Wasserstoff eignet sich besonders gut als Speichermedium für erneuerbare Energien. Er kann unter anderem zum Ausgleich von Schwankungen im Stromnetz genutzt werden, da er sich komfortabel und über einen langen Zeitraum in Tanks speichern lässt oder dem Erdgasnetz beigemischt werden kann. So kann er die vorhandene Infrastruktur nutzen und benötigt keine zusätzlichen großen und nur schwer recyclebaren Batteriespeicher.
Bereits Jules Verne prophezeite 1874: „Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Sauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“
Wo lohnt sich der Einsatz?
Eine besondere Rolle spielt der grüne Wasserstoff bei der Dekarbonisierung industrieller Prozesse. Es gibt bereits erfolgreiche Praxisbeispiele – z. B. beim Heizen von Brennöfen in der Glas-, Zement- oder Stahlproduktion. Allein die Stahlindustrie ist laut IHK für 8 % der deutschen CO2 -Emissionen verantwortlich. Durch eine Umstellung auf Wasserstoff und Erdgas könnten laut Prognose des Verbandes rund 80 % der Emissionen vermieden werden [3].
Der Einsatz eignet sich außerdem für Nutzfahrzeuge. Diese emittieren laut aktueller Studien etwa ein Drittel der Treibhausgase im innerdeutschen Verkehrssektor [4]. Je höher die Last der Fahrzeuge, desto lohnender ist Einsatz von Wasserstoff. Daher eignet er sich auch für Züge, Flugzeug und Schiffe.
Industrialisierung der PEM-Elektrolyse-Produktion
Einer der führenden Experten für grünen Wasserstoff, H-TEC SYSTEMS, hat seinen Hauptsitz im süddeutschen Augsburg und eine weitere Niederlassung im norddeutschen Braak bei Hamburg. Als technologischer Vorreiter gestaltet das Unternehmen seit 25 Jahren die Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie entscheidend mit. Heute entwickelt H-TEC SYSTEMS mit seinen PEM-Elektrolyseuren und -Stacks die Schlüsseltechnologien für die Erzeugung von grünem Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Energien und liefert damit quasi den Treibstoff für das Wasserstoffzeitalter.
In Forschungsprojekten wie dem H2GigaProjekt PEP.IN (Industrialisierung der PEM-Elektrolyse-Produktion) arbeiten engagierte Teams von H-TEC SYSTEMS mit weiteren Experten daran, Verfahren und Geräte für die Industrialisierung zu optimieren und Elektrolyseure sowie Elektrolyse-Stacks in Massenfertigung zu produzieren [5].
Technologie als Wegbereiter
Mit dem Hydrogen Cube System, kurz HCS, haben die Augsburger eine Lösung entwickelt, die auf die Erzeugung von grünem Wasserstoff im industriellen Maßstab ausgerichtet ist. Als modulares und skalierbares System erleichtert das HCS es Unternehmen der Chemie-, Mobilitäts- und Energiebranche, bereits jetzt mit der Nutzung von grünem Wasserstoff zu beginnen und ihre Projekte zu einem späteren Zeitpunkt zu erweitern. Das modulare System eignet sich für große Multi-MW PEM-Elektrolyseanlagen und Anwendungen. In der Industrie, Chemie und im Bereich Erneuerbare Energien sind viele Projekte auf eine spätere Erweiterung ausgelegt. Mit dem modularen Baukastensystem können PEM-Elektrolyseanlagen stufenweise skaliert werden. Einzelne 2-MW-Cubes lassen sich miteinander verbinden und zu Multi-MegawattAnlagen kombinieren. Dabei kann die gesamte Anlage zentral gesteuert und überwacht werden. Bei Bedarf können die Betreiber weitere Elektrolyse-Einheiten auf einfache Weise anschließen. Diese modulare Erweiterung eignet sich speziell für Anlagen, die in den nächsten Jahren ausgebaut werden sollen. So können Projekte beispielsweise mit einem 2 MW oder 4 MW System starten, auch wenn das langfristige Ausbauziel bei 50 MW oder mehr liegt.
Hohe Effizienz und Potenziale für Sektorenkopplung
Wie effizient die Wasserstoffproduktion mittlerweile ist, zeigen nicht nur die technischen Daten der Lösungen, sondern besonders auch praktische Anwendungsbeispiele. Der nominale Systemwirkungsgrad liegt bei Elektrolyseuren von H-TEC SYSTEMS bei 74 %. Durch die Nutzung der Abwärme aus dem Prozess kann jedoch eine Effizienz von bis zu 90 % erreicht werden. Beim eFarm Projekt in Schleswig-Holstein beispielsweise erzeugen die Elektrolyseure grünen Wasserstoff aus überschüssigem, regional erzeugtem Strom von Windkraftanlagen. Die Prozesswärme wird in das Wärmenetz eingespeist und versorgt regionale Industrie und private Haushalte.
Durch die Umwandlung von Wind- und H-TEC SYSTEM PEM-Elektrolyseur Sonnenstrom in den speicherbaren Energieträger Wasserstoff lässt sich Erneuerbare Energie für vielfältige Anwendungsbereiche wie Industrie, Mobilität, Wärme und Energiespeicherung nutzen. Diese Sektorenkopplung ist ein wichtiger Baustein für eine erfolgreiche Energiewende. Durch Forschungsprojekte und die ständige Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie sowie der Skalierung der Produktion leisten Technologieunternehmen einen wichtigen Beitrag für die effektive und kosteneffiziente Nutzung Erneuerbarer Energien.
Quellen
[1] www.pv-magazine.com/2022/ 08/11/growing-consensus-on-100-renewables/
[2] www.bmbf.de/bmbf/shareddocs/ interviews/de/ohne-gruenen-wasserstoffwerde-ie-energiewende-nicht-schaffen. html; www.bmwi.de/Redaktion/DE/ Dossier/wasserstoff.html
[3] www.dihk.de/resource/blob/24872/ fd2c89df9484cf912199041a9587a3d6/ dihk-faktenpapier-wasserstoff-data.pdf
[4] www.e-mobilbw.de/fileadmin/ media/e-mobilbw/Publikationen/Studien/emobilBW-Studie_H2-Systemvergleich.pdf
Erstmals erschienen in: TiB Ausgabe 03/2023 MAI/JUN