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HYPOS-Blog

Flexibilitätspotenzial der Chlor-Alkali-Elektrolyse

Eine Alternative zur konventionellen Wasserstoffbereitstellung über fossile Ressourcen bieten Wasserelektrolysen. Dabei wird Wasser unter Nutzung von erneuerbarem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Im Rahmen des HYPOS-Projekts H2-Flex wurde von den Projektpartnern Nobian GmbH, enviaM-Gruppe, Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg und Universität Leipzig das Flexibilitätspotenzial der Chlor-Alkali-Elektrolyse erforscht. Im Abschlussinterview blickt Dr. Katharina Menzel, Senior Process Innovation Expert bei der Nobian GmbH, auf das Projekt und die Ergebnisse zurück.

 

Bildnachweis: Nobian GmbH

HYPOS: Was war die Idee, die zur Initiierung des Projekts geführt hat?

Menzel: Die Idee wurde ganz klar aus der Ausrichtung hin zur Klimaneutralität geboren. Die Frage war, wie schaffen wir es, ein fluktuierendes Stromangebot durch die Erneuerbaren (Wind und Sonne) mit der Stromnachfrage zu vereinen. Der gewählte Ansatz ist die Flexibilisierung der Stromnachfrage kombiniert mit der Produktion von Grünem Wasserstoff. Grüner Wasserstoff kann u.a. dazu dienen, bei Stromknappheit wieder verstromt zu werden.  

HYPOS: Mit welchen Zielen und Hoffnungen sind Sie in das Projekt gestartet?

Menzel: Der Projekttitel „Demonstration einer großmaßstäblichen flexiblen („Grünen“) Wasserstoffproduktion (bis zu 3.000 Nm3/h) durch Elektrolyse aus erneuerbarer Energie in Ostdeutschland“ fasst die Ziele und Hoffnungen gut zusammen. Die Erwartung war, durch flexiblen Betrieb die Kosten der „Grünen“ Wasserstoffproduktion zu senken. Gleichzeitig sollte die Frage, was eigentlich Grüner Wasserstoff ist – also die Frage der Nachhaltigkeitskriterien bei der Produktion des Wasserstoffs – eingehend beleuchtet werden.

HYPOS: Welche Innovationen konnten im Rahmen der Projektarbeit erreicht werden?

Menzel: Es konnte gezeigt werden, dass ein flexibler Betrieb möglich ist. Zwei Aspekte spielen dabei die Hauptrolle: Anlagenbetreiber sind immer bestrebt die Nachfrage an Produktionsvolumen, die zeitlich variiert, so gut wie möglich zu decken und gleichzeitig die Produktions- und Distributionskosten zu optimieren. Bei der Elektrolyse sind die Stromkosten ein Hauptkostenteil. Der Einsatz von Regelenergie ist, neben dem wichtigen Beitrag zur Sicherstellung der Netzstabilität, auch ein effektives Werkzeug, um diese Kosten durch Zusatzerlöse zu senken. Hier ist es wichtig, dass die Produktionsanlage die Anforderungen des Übertragungsnetzbetreibers erfüllen kann. Dies wird  im Vorfeld durch eine Präqualifikation sichergestellt. Die Möglichkeiten, Grenzen und Optimierungspotentiale wurden in der technischen Studie und in der Modellierungsrechnung der BTU Cottbus geklärt. Die wirtschaftlichen Einflüsse sind in den Berechnungen der Uni Leipzig gut zusammengestellt worden. So gelang es, einen gemeinsamen Artikel mit der BTU Cottbus zum flexiblen Betrieb im Januar 2022 zu veröffentlichen.

Nach der Präqualifikation der Anlage für verschiedene Regelenergiearten während der Projektlaufzeit konnte der flexible Betrieb in den jeweiligen Demonstrationsphasen ausgiebig getestet werden. Der flexible Betrieb kann im aktuellen Marktmodell nachweislich die Kosten – und damit auch die Kosten für Wasserstoff - senken. Bezüglich der Übertragbarkeit der Ergebnisse ist zu sagen, dass ein flexibler Betrieb die Produktionskosten auch für Wasserelektrolysen senken kann, sofern die Anlagen die Spezifikationen des Marktes erfüllen und somit im Zuge der Zunahme der Schwankungen im Netz durch die Stabilisierung des Netzes auch einen wichtigen Beitrag in der Energiewende leistet.

Gleichzeitig konnte innerhalb des Projekts die Anlage für GreenHydrogen nach dem TÜV-Süd CMS 70 Standard als die erste Chlor-Alkali Anlage in Deutschland zertifiziert werden. Sie produziert seit Juli 2021 Grünen Wasserstoff und speist ihn in die über 100 km lange Wasserstoffpipeline in Mitteldeutschland ein.

HYPOS: Welchen Herausforderungen und Überraschungen sind Sie während der Projektarbeit begegnet?

Menzel: Bei Projektbeginn musste die sehr breit aufgestellte Aufgabenstellung hinsichtlich Modellierungsaufgaben des physikalischen Modells gemeinsam mit allen Partnern in einem Workshop spezifiziert werden. So gelang es die Aufgabenstellung einzugrenzen und so wertvoll für die Betrachtungen in der technischen Studie und in der ökonomischen Modellierung zu machen. Die kontinuierlich gute Zusammenarbeit aller Projektpartner baute auf anfänglichen intensiven Treffen auf und konnte auch im weiteren Verlauf durch regelmäßige Jour Fixe aller Partner, größere Projekttreffen und einige Vorträge auch im Rahmen eines HYPOS-Forums sehr gut ausgebaut werden. Es gelang, alle Partner einzubeziehen, sich gegenseitig zu unterstützen und auftretende Fragestellungen gemeinsam zu klären.

Die Erkenntnis, dass nicht allein die maximale Leistungsreduktion sondern auch kleinere, aber zeitlich kontinuierlich auftretende Leistungsänderungen einen erheblichen Mehrwert für die Stabilisierung des Stromnetzes leisten, war eine Überraschung aus Sicht der Anlagenbetreiber. Gleichzeitig ist zu beobachten, dass der Regelenergiemarkt sich ständig weiter entwickelt. Diese Entwicklungen zu beobachten und entsprechende Anpassungen in dem Angebot zur Regelenergie durchzuführen, war spannend.

HYPOS: Worin sehen Sie den langfristigen Nutzen Ihrer Projektarbeit auch nach Abschluss des Projekts?

Menzel: Die Zusammenarbeit mit allen Projektpartnern war durchweg konstruktiv und wertvoll, so sind Partnerschaften entstanden, die auch nach der Projektlaufzeit weitergeführt werden. Auch die Arbeit im HYPOS-Umfeld hat neue Ideen generiert und zu interessanten neuen Projekten geführt. Die Demonstration wie Grüner Wasserstoff hergestellt und zertifiziert werden kann, ist wegweisend für andere Chlor-Alkali-Elektrolysen in Deutschland und weltweit. Die weitere Entwicklung in diesem Feld, insbesondere im Hinblick des Zusammenspiels von Regulatorik und Praxis, bleibt ein interessantes Feld.

HYPOS: Vielen Dank für das Gespräch. Weitere Informationen zum Projekt H2-Flex finden Sie hier.

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