Blaue Ozeane und grüne, erneuerbare Energien

Ein ehrgeiziges Projekt im Wert von 100 Mio. € soll die Kraft der hohen See für die direkte Produktion von nachhaltigem Wasserstoff und anderen Power-to-X-Produkten wie nachhaltigem Methanol und nachhaltigem Ammoniak nutzen. Offshore-Optionen haben sich zunehmend als starke Konkurrenten für die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen durchgesetzt - und die direkte Produktion von nachhaltigem Wasserstoff aus Windenergie ohne Netzanschluss kann erheblich billiger sein als an Land.

Damit wird eines der drei Leitprojekte unterstützt, die für die Umsetzung der nationalen Wasserstoffstrategie Deutschlands in den nächsten vier Jahren als entscheidend gelten. Sie bilden die größte Förderinitiative des Bundesforschungsministeriums zur Energiewende und geben einen entscheidenden Impuls für den Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft. Technologien zur Erzeugung, zum Transport und zur Nutzung von nachhaltigem Wasserstoff haben ein enormes Potenzial für die deutsche Wirtschaft - und damit auch für wichtige klimarelevante Bereiche wie Industrie, Verkehr und Wärmeversorgung. Diese mit 700 Mio. € dotierten Vorzeige- oder Leitprojekte sind das Ergebnis einer umfassenden Konsultation, bei der Wirtschaftsführer und Wissenschaftler nach ihren Visionen für die Wasserstoffzukunft befragt und um Vorschläge für industrielle Großprojekte gebeten wurden. Es gingen zweiunddreißig Ideen ein, aus denen ein unabhängiges Expertengremium die drei besten auswählte. Während des Vierjahreszeitraums werden voraussichtlich rund 200 Partner beteiligt sein.

Eines davon, das Leitprojekt H2 Mare, zielt darauf ab, dieses Potenzial zu nutzen, indem erneuerbarer Strom direkt auf See zur Herstellung von Wasserstoff und den damit verbundenen Nebenprodukten verwendet wird. Die Begründung? Offshore-Windkraftanlagen erzeugen deutlich mehr und regelmäßiger Strom als ihre Onshore-Gegenstücke. Während die durchschnittliche Nennleistung an Land etwa 3,5 Megawatt beträgt, steigt sie auf dem Wasser auf 5 Megawatt.

Die 35 Partner, die dieses Projekt unterstützen, wollen durch die Integration eines Wasserelektrolyseurs mit einer Windkraftanlage die notwendigen Technologien schaffen. Dadurch werden nicht nur die Infrastrukturkosten gesenkt, sondern durch die Entkopplung von Elektrolyse und Netz auch die lokalen Netzstrukturen entlastet. Die Offshore-Option hat noch einen weiteren Vorteil: Die potenzielle Verfügbarkeit von Flächen für die Windenergieerzeugung ist wesentlich größer als an Land. Natürlich hängt der Erfolg in gewissem Maße davon ab, dass andere bahnbrechende Ansätze wie die Wasserdampf- und Meerwasserelektrolyse weiter vorangetrieben werden. Kohlendioxid und Stickstoff sind wichtige Bestandteile der Power-to-X-Produkte, die aus der Luft oder dem Meerwasser gewonnen werden. Das Projekt befindet sich noch in der Anfangsphase, und es sind noch Fragen zu klären, wie z. B. in Bezug auf die Sicherheit, die möglichen Umweltauswirkungen, die Lebenszyklusanalyse und die Technologie.

Die vier Input-Bereiche für DECHEMA

Das H2 Mare-Engagement der DECHEMA umfasst die Planung einer experimentellen Offshore-Plattform, die als reales Labor zur Demonstration der PtX-Technologien in einer Offshore-Umgebung dienen soll. Sie spielt auch eine Schlüsselrolle bei anderen Projekten wie H2Giga, TransHyDE und Trans4Real: Mehreren großen „Sandkasten“-Projekten zur Untersuchung der Integration von erneuerbarer Elektrizität und der Anwendung von Wasserstoff. Das H2Mare-Projekt besteht aus vier Teilen: OffgridWind schafft alle Voraussetzungen, um einen Elektrolyseur direkt in eine Windkraftanlage zu integrieren.

Dies erfordert einen völlig neuen Turbinentyp und ein anderes Fundament als das derzeit verwendete.

OffgridWind erforscht beides - ergänzt durch die Speicherung des erzeugten Wasserstoffs in der Windkraftanlage und dessen Transport zum Festland.

Es wird auch in der Lage sein, den Betrieb zu simulieren und die Kosten über den gesamten Lebenszyklus der Windturbinen für die Wasserstofferzeugung auf See zu berechnen. So können die Bedingungen ermittelt werden, unter denen Systeme - wie das in H2 Mare entwickelte - rentabel betrieben werden können. H2 Wind wird für den Elektrolyseur verantwortlich sein, der innovativ und kompakt ist und trotz der rauen Bedingungen effizient und fast autark arbeiten kann. Zu diesem Zweck werden im Rahmen des Projekts nicht nur Verfahren zur Aufbereitung und Bereitstellung von Wasser für die Elektrolyse, sondern auch zur Speicherung des Wasserstoffs entwickelt.

PtX-Wind befasst sich speziell mit der Erzeugung weiterer Power-to-X-Produkte und der Art und Weise, wie Elemente wie CO₂ und Stickstoff vor Ort aus der Luft oder dem Meer gewonnen werden. Ebenso wichtig ist der zusätzliche Fokus auf der Wasserdampf- und Meerwasserelektrolyse – bei erfolgreicher Meerwasserelektrolyse muss das Meerwasser vor der Elektrolyse nicht entsalzt werden.

Ein viertes Element namens TransferWind soll übergreifende Fragen beantworten, die alle Projekte betreffen, seien es Sicherheits- und Umweltfragen oder Infrastrukturanforderungen. Der leitende Ingenieur Steffen Schirrmeister von Thyssenkrupp, der technische Partner des PtX-Wind-Elements, stimmte zu, dass es trotz des großen Potenzials noch Fragen zu beantworten und Variablen zu berücksichtigen gibt, wie z. B. die Art und Verfügbarkeit von Materialien wie spezielle Edelstahl- oder Titansorten.

„Wenn man aufs Meer geht, muss man sich zum Beispiel mit der Atmosphäre auseinandersetzen. Was es die Plattform betrifft - ist sie ein Schiff oder eine stabile Plattform? Ist es nur die Wasserelektrolyse offshore und die Konversionsanlage onshore? Es ist auch eine Frage der verfügbaren Ressourcen“, sagte er. „Weil man sie auf die Plattform bringen muss. Dann ist da noch eine Frage der Logistik.

Was ist leichter zu transportieren - der Strom oder die Chemikalien?“

| Originalversion veröffentlicht in ACHEMA Inspire, Juni 2021 / Deutsche Übersetzung DECHEMA Ausstellungs-GmbH. |