Wasserstoff ist ein viel diskutiertes Thema, wenn es um nachhaltige Energieversorgung geht. Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe von Strom in seine chemischen Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt und H2 so nutzbar gemacht. Aber wie gelingt dieser Prozess auf umweltverträgliche Weise? Elektrolyse durch Windenergie kann hier eine Antwort sein. Im Interview berichtet Telsche Nielsen, Leiterin Akademische Weiterbildung und Hochschulkooperation am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES, über den aktuellen Entwicklungsstand aus den Fachabteilungen.
Frau Nielsen, wieviel Prozent des Stroms aus Windenergie wird aktuell für die Erzeugung von Wasserstoff genutzt?
Im Moment nahezu null Prozent. Wir stehen hier ganz am Anfang!
Wie hoch kann der Anteil in Zukunft sein?
Es gibt viele Anwendungen, bei denen wir in der Zukunft den Energieträger Wasserstoff als Alternative zu Öl und Gas brauchen. Dabei ist es vorteilhaft, dass sich Wasserstoff über lange Zeit verlustfrei speichern und über weite Strecken transportieren lässt. Momentan gibt es noch viel zu wenig grünen Strom für die Elektrolyse, als dass sich der wirtschaftliche Betrieb lohnt. Die Elektrolyseanlagen, die es gibt, laufen i.d.R. noch im Forschungs- oder Pilotbetrieb. In Zukunft hängt der Anteil vom Umfang des Ausbaus der Windenergie ab!
Was ist technisch alles nötig zur Erzeugung und wie groß muss eine Anlage sein?
Benötigt werden: Eine Wasser- und Wasserstoffaufbereitung, ein Elektrolyseur, ein Rohrsystem, ein H2-Speicher, Leistungselektronik, Regelung und Nebenaggregate wie Pumpen und Verdichter – und vor allem grüner Strom. Die Größe des Elektrolyseurs bestimmt die Größe der anderen Komponenten und kann sich dank eines modularen Aufbaus beliebig an den regionalen oder überregionalen Bedarf anpassen. Große Elektrolyseure mit über 10 MW sind im Aufbau und über 100 MW in der Entwicklung, kleine unter 10 MW sind kommerziell erhältlich, aber noch nicht aus der Serienproduktion in Deutschland.
Wie stark beeinflusst der stagnierende Ausbau der Windenergieanlagen die Erzeugung von Wasserstoff?
Gar nicht, weil im Moment nahezu kein Wasserstoff aus Windenergie erzeugt wird. Aber schon jetzt und auch in Zukunft brauchen wir in jedem Fall mehr Windenergiekapazitäten, damit der grüne Strom für die Produktion von grünem Wasserstoff zur Verfügung steht.
Wie aufwändig ist die Erzeugung aus Windenergie im Vergleich zu anderen Methoden?
Die Erzeugung von Wasserstoff über einen Elektrolyseur mit Windenergie oder einer anderen erneuerbaren Technologie ist in erster Linie nachhaltiger als etwa der konventionelle Weg über die Dampfreformierung von Erdgas. Dampfreformer sind zudem in der Regel große, zentrale Anlagen, ein wesentlicher Unterschied zu den modularen, überall einsetzbaren Elektrolyseuren. Der entscheidende Nachteil bei der Dampfreformierung des Erdgases ist, dass dabei in großem Umfang das klimaschädliche CO2 erzeugt wird. Zwar kann das CO2 im Abgas abgeschieden werden, dadurch wird aber zusätzliche Energie benötigt und die Abscheidung ist unvollständig. Außerdem entweicht bei der Förderung, dem Transport und der Speicherung des für den Prozess notwendigen Erdgases das Treibhausgas Methan in die Atmosphäre, was noch weitere Klimaschäden hervorruft. Hinzu kommt, dass das Erdgas importiert werden muss – was ebenso wenig zu einer künftig politisch unabhängigeren Energieversorgung passt.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad derzeit? Und was ist ein realistisches Ziel?
Der Wirkungsrad ist bei den verschiedenen Elektrolyseurtypen unterschiedlich: Bei alkalischen sind es 60 bis 65 %, bei PEM 65 bis 75 %. Hier ist noch Verbesserungspotenzial, zum Beispiel auf Systemebene, vorhanden. Dazu forschen wir auf unseren Wasserstoff-Testfeldern, den Hydrogen Labs, am Fraunhofer IWES in Bremerhaven, Leuna und Görlitz. Auf der Materialebene wird ebenfalls weiter optimiert, daran arbeiten zum Beispiel unsere Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer IMWS.
Wie viel Strom ist erforderlich, um 1 kg Wasserstoff herzustellen?
Theoretisch braucht man für die Herstellung von 1 kg Wasserstoff 42 kWh. Praktisch braucht man aber bei einem PEM-Elektrolyseur durch die benötigte Energie zum Dauerbetrieb des Elektrolyseurs und aller Nebenkomponenten 55 kWh.
Unsere Expertin im Interview
Telsche Nielsen-Lange
Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES
Am Seedeich 45
27572 Bremerhaven
Telefon +49 471 14290-217
