Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany

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Herstellung

Wie wird Grüner Wasserstoff hergestellt?

Zur Herstellung von klimaschonendem Wasserstoff dienen sogenannte Power-to-Gas-Verfahren. Diese Technologien ermöglichen die Umwandlung von nicht bedarfsgerecht erzeugten Stromüberschüssen aus erneuerbaren Energiequellen in einen neuen gasförmigen Endenergieträger: Wasserstoff. So wird grüner Strom in Form von Wasserstoff speicherbar und transportfähig und kann nutzbringend eingesetzt werden.

Da Wasserstoff hauptsächlich in gebundener Form vorkommt, z.B. in Wasser, muss er zunächst extrahiert werden, bevor er als Energieträger anwendbar ist. Die Wasserelektrolyse gilt als Schlüsseltechnologie zur H2-Herstellung. Bei diesem Verfahren wird in einem Elektrolyseur Wasser unter Strom gesetzt, um es in seine Grundbestandteile Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) zu zersetzen. Der Wasserstoff wird dann zusammengepresst und kann unter hohem Druck oder in flüssiger Form gespeichert oder transportiert werden. Die gespeicherte Energie kann bei Bedarf kontrolliert und emissionsfrei zur Verwertung wieder freisetzt werden. Entscheidend ist, dass der bei dem Prozess verwendete Strom ausschließlich aus erneuerbaren Energiequellen wie Solarparks, Windanlagen und Wasserkraftwerken bezogen wird. Die Verwendung von grünem Strom sorgt dafür, dass die gesamte H2-Wertschöpfungskette emissionsfrei und damit klimaschonend ist.

 

Welche Vorteile bietet die Elektrolysetechnologie?

Für eine nachhaltige Wasserstoffherstellung hat die Technologie der Wasserelektrolyse derzeit das größte Zukunftspotenzial. Dabei sind drei wesentliche Verfahren von technischer Relevanz, die sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien hinsichtlich ihrer industriellen Anwendbarkeit befinden: Während die Alkalische Elektrolyse (AEL) und die Membran-Elektrolyse (PEM) bereits in industriellem Maßstab eingesetzt werden, befindet sich die Technologie der Hochtemperatur-Elektrolyse (HTES) noch in der Entwicklung. Perspektivisch ist die HTES-Technologie ein vielversprechendes Verfahren zur kostengünstigen Erzeugung von Grünem Wasserstoff.

HYPOS betreut mehrere Projekte, die sich der Erforschung und Optimierung der H2-Herstellungstechnologien widmen. So wird z.B. im Rahmen des Projekts MegaLyseurPlus an der Entwicklung, Design und des Aufbaus eines molekularen, innovativen und kosteneffizienten Elektrolyse-Systems gearbeitet. Das Verbundvorhaben forscht anhand einer Demonstrationsanlage am Standort Leuna mit dem Ziel der Optimierung des Gesamtsystems Elektrolyseanlage und der Etablierung von Voraussetzungen für die Entwicklung und den Betrieb von zukünftigen Großelektrolysesystemen.

Die Technologie der Wasserelektrolyse eignet sich besonders zur Herstellung von Wasserstoff, da als Nebenprodukt lediglich reiner Sauerstoff anfällt. Zudem findet überschüssiger, nicht unmittelbar verbrauchter Strom aus regenerativen Quellen eine energiewirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Verwertung. Das trägt zur Entlastung der Stromnetze bei und verschafft die Möglichkeit, erneuerbare Energie langfristig in Form von Wasserstoff zu speichern.

 

Wie teuer ist die Herstellung von Grünem Wasserstoff?

Die Produktions- und Gestehungskosten, die bei der elektrolytischen Herstellung des Energieträgers anfallen, setzen sich aus den Kosten für den Strombezug, den benötigten Rohstoffen (Wasser) und der Elektrolyseanlage zusammen. Je nach Anlagengröße, verwendeter Technologie und Stromkostenhöhe kann der Endpreis daher schwanken. Eine Kurzstudie der Greenpeace Energy e.G. (2020) ermittelte, dass sich die Kosten für Grünen Wasserstoff in Westeuropa gegenwärtig auf 15-18 Cent pro Kilowattstunde belaufen. Das entspricht 5 bis 6 Euro für ein Kilogramm H2 und ist etwa dreimal so viel wie bei der klimabelastenden Alternative. Damit sich der Energieträger also langfristig am Markt etablieren kann, muss das Preisniveau für die Anwendung von Grünem Wasserstoff deutlich gesenkt werden. Derzeit ist Grüner Wasserstoff noch teurer als der aus fossilen Brennstoffen erzeugte Graue Wasserstoff.

Die wachsende Ausrichtung des Energiesektors in Deutschland auf Grünen Wasserstoff soll den Einsatz von H2-Lösungen künftig attraktiver als konventionelle Energieträger gestalten. Die HYPOS-Initiative verfolgt das Ziel, die Kosten für Grüne Wasserstoffanwendungen entlang der gesamten Prozesskette zu reduzieren. So wurde im Rahmen des Projekts H2-Index II ein Analysetool zur ökonomischen Bewertung von Innovationen entlang der Wertschöpfungskette von Grünem Wasserstoff entwickelt, welche für das Ziel einer künftigen wirtschaftlichen Produktion besonders relevant sind.

 

Welche Standorte eignen sich besonders für die Herstellung von Grünem Wasserstoff?

Ein zentraler Vorteil von Grünem Wasserstoff liegt in der regionalen Wertschöpfung: Er lässt sich überall herstellen, wo Wasser und ausreichende Kapazitäten zur Erzeugung regenerativen Stroms vorhanden sind. So kann Wasserstoff lokal sowie global in großem Maßstab erneuerbar erzeugt werden. Besonders effizient ist die Produktion in unmittelbarer Verknüpfung mit ertragreichen Standorten zur erneuerbaren Energiegewinnung z.B. Solar- oder Offshore-Windparks.

Neben der geografischen Lage und den damit verbundenen gegebenen Klimaverhältnissen spielt also der Ausbau relevanter Infrastrukturen für die Herstellung, Speicherung, Transport und Verwertung von Grünem Wasserstoff eine maßgebende Rolle bei der Standortwahl. Das deutschlandweite Wasserstoffnetzwerk HYPOS ist explizit in der Region Mittel- bzw. Ostdeutschland angesiedelt, da das hohe Potenzial für die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien und die gegebenen Infrastrukturen rund um das Mitteldeutsche Chemiedreieck diese als Vorzugsregion für die Umsetzung einer Grünen Wasserstoffwirtschaft prädestinieren.


Quellen: