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Freitag, 15. Dezember 2017

Speicher

Testzentrum soll Elektrolyse fördern

Von Manfred Schulze | 18. Mai 2017 | Ausgabe 20

Die Fraunhofer-Gesellschaft will in Leuna die Wasserstofftechnologie aus der Sackgasse holen. Ziel ist es, Power-to-Gas durch Größe und Systemfähigkeit effizienter zu machen.

w - H2-Projekt BU
Foto: Linde AG

Wasserstoffexpertise in Leuna: Ein Testzentrum dort soll Power-to-Gas zu mehr Marktreife verhelfen. Wasserstoffchemie ist in dem Chemiepark kein Fremdwort. Die Linde AG forscht dort schon seit Langem an Wasserstoff, so mit dieser Pilotanlage, die seit 2010 demonstriert, wie man Rohglycerin in Wasserstoff umwandelt.

Power-to-Gas wird bereits seit rund zehn Jahren als Alternative zum Abregeln von Wind- und Sonnenstromerzeugern diskutiert. Seither sind einige Dutzend Pilotanlagen gebaut worden, die mit Elektrolyse Wasserstoff erzeugen, einige in einer zweiten Stufe dann Methan. So soll aus überschüssigem Ökostrom ein „grüner“ chemischer Energieträger werden.

Wasserstoffprojekt Leuna

Eines haben diese Systeme gemeinsam: Die Technologie ist derzeit viel zu teuer, um wirtschaftlich betrieben werden zu können. Laufen die Fördermittel für ein solches Projekt aus, stehen alle Räder still – auch, weil der Überschussstrom mit Umlagen künstlich verteuert wird.

Rund 6 € koste derzeit 1 kg Wasserstoff, der aus Windstrom produziert wird, rechnet Christoph Mühlhaus vor; dabei kostet das Gas als Grundstoff für die chemische Industrie nur rund 2 €. Auch dort wird es zwar mit Strom über die Elektrolyse produziert, allerdings großtechnisch und im kontinuierlichen Betrieb. Zudem wird dabei nicht reines Wasser in seine chemischen Grundbausteine zerlegt, sondern in der Regel die Chlor-Alkali-Hydrolyse genutzt, die mit Salzlauge arbeitet. Dabei entsteht Chlor als ein in der Chemieindustrie begehrter Grundstoff, Wasserstoff ist eher ein Nebenprodukt.

Mühlhaus, viele Jahre Manager bei dem Dow Olefinverbund in Schkopau, ist Clustersprecher Chemie/Kunststoffe in Mitteldeutschland. Er gehört zum Vorstand von Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany, kurz Hypos, eines Netzwerks von Unternehmen, die die Wasserstofftechnologie fördern wollen.

Auf der Kongressmesse New Energy World Anfang April in Leipzig stellte Mühlhaus ein neues Großprojekt vor, an dem die Fraunhofer-Gesellschaft, der Spezialgashersteller Linde AG, der Gasnetzbetreiber Ontras Gastransport und das Gastechnologische Institut Freiberg (DBI-GTI) eine wichtige Rolle spielen: „Wir müssen Energie in großen Mengen speichern, das geht nur über chemische Reaktionen – also über den Wasserstoff“, sagte Mühlhaus dort und sprach sich zugleich für einen systemischen Ansatz aus.

Bisher werden nur Einzelanlagen getestet, die aber viele Fragen offenlassen: Wie bekommt man den neuen Energieträger vom Elektrolyseur zum Verbraucher, wie kann man große Mengen speichern. „Wir wollen einerseits wesentlich größere Maschinen entwickeln und hinsichtlich ihrer Flexibilität testen, aber auch ein vorhandenes Pipelinenetz nutzen und darüber hinaus einen Großspeicher mit einbinden“, sagte Mühlhaus.

Das Land Sachsen-Anhalt hat für das Projekt (s. Kasten) in Leuna eine Finanzierungszusage erteilt. „Der Standort im mitteldeutschen Chemiedreieck, das bereits über das zweitgrößte Wasserstoffpipelinenetz in Deutschland verfügt, bietet wichtige Vorteile“, berichtet Nadine Menzel, die die Planungen für die beteiligten Fraunhofer-Institute koordiniert.

Erstmals kann der erzeugte Wasserstoff effizient zu Großverbrauchern transportiert werden; zudem hoffen die Projektverantwortlichen auf günstige Strombezugskosten in Leuna. Bislang werden allerdings solche Anlagen – auch wenn sie letztlich das Netz entlasten – vom Gesetzgeber als Stromletztverbraucher betrachtet und mit der EEG-Umlage sowie Netzentgelten belastet. Den ersten Elektrolyseur will Hypos selbst an den Start bringen. Mit 2 MW Dauerleistung ist er bereits größer als die bisher als Versuchsmuster gebauten Geräte, die solche Leistungen allenfalls kurzzeitig, meist jedoch nur 500 kW liefern.

Das Testzentrum soll die Technologie voranbringen. „Wir werden uns dabei auf die besonders vielversprechende Technik der Protonenaustausch-Membran konzentrieren, deren Potenziale bei wechselnden Leistungsabrufen nach derzeitigem Kenntnisstand am meisten versprechen“, sagt Fraunhofer-Expertin Menzel. „Optimiert werden sollen in den folgenden Jahren das Verhalten im Teillastbereich, die Größe der Stacks, die Leistungselektronik und auch der Einsatz von Edelmetallen im Katalysator“, zählt die Expertin auf. Das alles könne den Wirkungsgrad und die Kosten günstig beeinflussen. Vor allem durch eine industrielle Fertigung der bisherigen Prototypen und Versuchsmuster werde die grüne Wasserstofftechnologie günstiger werden.

Für den Betrieb eines Kavernenspeichers für Erdgas mit bis zu 500 000 m3 Fassungsvermögen gibt es ebenfalls Forschungsbedarf, weil praktisch alle oberirdischen Pumpen, Ventile, Rohre und Verdichter entsprechend ausgelegt werden müssen. Hier sollen neue wasserstoffdichte Kunststoffmaterialien entwickelt und eingesetzt werden, berichtet Hartmut Krause, Direktor der DBI-GTI, der die Untertage-Forschungsarbeiten leitet.

Teilweise wird die Umstellung einer bisherigen Erdgaspipeline durch Ontras erprobt. Kenntnisse über das Materialverhalten können dabei zum Teil auch aus der Vergangenheit herangezogen werden – bis nach 1991 wurde das Gebiet der früheren DDR weitgehend mit Stadtgas aus Braunkohle versorgt, das sehr viel Wasserstoff enthielt.

In Leuna wird zudem ein Technikum gebaut. Dort sollen auch mittelfristig eigene Entwicklungen vorangebracht werden. „Wir schaffen mit der Plattform den deutschlandweit ersten vollintegrierten Elektrolyseteststand in einem Chemiestoffstromnetz“, sagt Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Fraunhofer IMWS. Der Bedarf an Wasserstoff sei enorm hoch, allein in Leuna werden pro Stunde rund 100 000 m³ verarbeitet. Zumindest ein Teil davon könnte künftig aus regenerativ erzeugtem Strom kommen.

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