Dekarbonisierung

Grüner Wasserstoff: Wann kommt der Tempomacher?

Für Mobilität und Wärme gilt grüner Wasserstoff als zeitgemäßer Energieträger mit viel Wachstumspotenzial. Entsprechend groß sind die Erwartungen. Baustellen sind Regularien und Systemkosten.

12. Dezember 2018
Concept of the eco-friendly car - body surface is covered with a realistic grass
(Bild: Anton Balazh - stock.adobe.com)

Bei neuen Lastwagen in der Europäischen Union soll der CO2-Ausstoß noch stärker sinken als bisher geplant. Das EU-Parlament stimmte dafür, dass sich die Abgase bis 2025 um 20 Prozent im Vergleich zu 2019 reduzieren sollen. Wasserstoff aus Ökostrom gilt als klimafreundlicher Treibstoff mit großem Wachstumspotenzial. Derzeit ist die Umwandlung aber noch sehr teuer.

Megawattanlage

Eine Power-to-Gas-Anlage in Megawattgröße im süddeutschen Grenzach-Wyhlen soll nun den Weg ebnen, um die Kosten deutlich zu senken. Im November wurde das Leuchtturmprojekt im Beisein von Baden-Württembergs Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut offiziell eingeweiht. Der Strom für den Wasserstoff stammt aus einem benachbarten Wasserkraftwerk am Rhein. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) koordiniert das Vorhaben. Betreiber der kommerziellen Anlage ist der Energieversorger Energiedienst AG. Wirtschaft und Forschung beteiligen sich ebenfalls an diesem Projekt zur Zukunft der Mobilität. Das Land Baden-Württemberg fördert das Vorhaben laut ZSW mit 4,5 Millionen Euro. Noch im November sollte im Rahmen von Testläufen die Wasserstoffproduktion starten.

»Mit Power-to-Gas bringen wir mehr Klimaschutz in den Mobilitätssektor«, sagt Frithjof Staiß, Vorstandsmitglied des ZSW. »Am Wasserkraftwerk Wyhlen können wir die nötige Kostensenkung nun im Industriemaßstab optimal testen.«

Kosten senken

Wirtschaftlicher werden soll die Wasserstoffproduktion vor allem durch drei Faktoren, so das ZSW in einer Mitteilung. Die Energiedienst-Anlage bezieht den Ökostrom ohne Umweg über das Stromnetz direkt aus dem nur wenige Meter entfernten Laufwasserkraftwerk Wyhlen.

Somit entfallen Netzentgelte und die EEG-Umlage. »Da die Wasserkraft eine stetige erneuerbare Energiequelle ist, die bei praktisch jedem Wetter Energie liefert, lassen sich zudem die Volllaststunden im Vergleich zu Power-to-Gas-Anlagen, die auf Wind- oder Sonnenenergie basieren, erhöhen. Das verbessert die Wirtschaftlichkeit ebenfalls«, heißt es in einer ZSW-Projektbeschreibung.

Zusätzlich erprobt das ZSW in einer angeschlossenen Forschungsanlage neue Komponenten, um den Wasserstoffpreis weiter zu senken. Zum Einsatz kommen etwa effizientere Katalysatoren und günstigere Elektroden.

Die Elektrolyse zur Umwandlung des erneuerbaren Stroms macht mit rund 40 Prozent den größten Kostenanteil aus. Entsprechend hoch ist hier das Einsparpotenzial, heißt es. Das langfristige Ziel der Forscher und Ingenieure ist es, die heutigen Produktionskosten in etwa zu halbieren.

PlusMinus

Power-to-X

Plus: Viele PtX-Systeme sind bereits heute kommerziell und industriell verfügbar. Sie überwinden Sektorengrenzen und übertragen flexibel Energie. Integrierte Speicher gleichen die Volatilität erneuerbarer Energie aus.

Minus: Aufgrund der regulatorischen Bedingungen werden zurzeit in Deutschland kaum Speicher und Power-to-X-Anlagen gebaut. Speicher werden pauschal als Letztverbraucher eingestuft, an die die Erhebung von Umlagen und Abgaben knüpft.

Elektrolyse unter Realbedingungen

Die Power-to-Gas-Anlage der Energiedienst AG besitzt eine elektrische Anschlussleistung von einem MW. Pro Tag kann sie rund 500 kg Wasserstoff erzeugen. Genug für eine durchschnittliche Tagesfahrleistung von mehr als 1.000 Brennstoffzellen-Pkw. In der angeschlossenen Forschungsanlage erproben die ZSW-Forscher effizienz- und kostenoptimierte Elektrolyseblöcke mit derzeit bis zu 300 kW Leistung, die bis ein MW erweiterbar sind. Der Einsatz erfolgt unter realen Bedingungen. Der Strom kommt aus dem Wasserkraftwerk, wird zu Wasserstoff umgewandelt und sodann, wie in der kommerziellen Anlage, in einen transportablen Tank eingefüllt und per Lkw zum Zielort gebracht.

Die ZSW-Forscher übernehmen das technische Monitoring der gesamten Anlage. Die aus dem Betrieb sekündlich gewonnenen Daten sowie eine detaillierte Analyse aller wesentlichen Bauteile wie Elektrolyseblock, Verdichter und Gleichrichter sollen die Komponenten künftig weiter optimieren.

Im Rahmen des Projekts erstellen die Wissenschaftler darüber hinaus auch einen Technologieleitfaden für Power-to-Gas-Anlagen, der Verbesserungspotenziale aufzeigen soll, um Wasserstoff noch effizienter und wirtschaftlicher produzieren zu können. Geschäftsmodelle für die Ausgestaltung zukünftiger Produkte und Dienstleistungen im Kontext Power-to-Gas sind ebenfalls Bestandteil des Arbeitsprogramms.

Ohne Schadstoffe

Insgesamt beteiligen sich elf Forschungseinrichtungen und Unternehmen an dem Vorhaben. Sie alle sind interessiert an der Weiterentwicklung der Power-to-Gas-Technologie. Busse, Züge und Autos mit Brennstoffzellen können mit erneuerbarem Wasserstoff kohlendioxidfrei unterwegs sein, und das auch auf Langstrecken. Es entstehen keine gesundheitsschädlichen Stickstoffoxide (NOx) und aus dem Auspuff kommt auch kein Feinstaub. Der Wasserstoff ist außerdem Ausgangsstoff für die synthetischen Kraftstoffe e-Methan und e-Diesel.

»Für deutsche Energieversorger, Automobilhersteller und Unternehmen aus dem Maschinen-, Komponenten- und Anlagenbau bietet das Projekt am Rhein eine Chance, auch künftig im Mobilitätsmarkt die Nase vorn zu haben«, so das ZSW.

Regelenergie

Den Angaben zufolge kann sich Power-to-Gas für Wasserkraftbetreiber künftig ebenfalls lohnen. Mit der Technologie wird laut ZSW die Teilnahme am Regelenergiemarkt attraktiver. Wer sich dort beteiligt, erhält bei drohendem Überangebot an Strom im Netz vom zuständigen Übertragungsnetzbetreiber eine finanzielle Entschädigung für die Drosselung des Wasserkraftwerks. Damit wird das Stromnetz stabilisiert. Betreiber, die zusätzlich eine Power-to-Gas-Anlage zur Verfügung haben, können in dem Fall die Turbinen mit voller Kraft weiterlaufen lassen, wandeln den nicht in das Netz eingespeisten Strom in Wasserstoff um und verkaufen ihn gewinnbringend an die Abnehmer.

Wärme & Verkehr

Die erneuerbaren Energien haben in den ersten drei Quartalen 2018 zusammen 38 Prozent des Bruttostromverbrauchs in Deutschland gedeckt. Das ist ein Anstieg um drei Prozentpunkte gegenüber dem Vorjahreszeitraum.

Während der Anteil Erneuerbarer im deutschen Strommix stetig wächst, stagniert er seit Jahren bei rund 13 Prozent im Wärmebereich sowie gut fünf Prozent im Verkehr.

Das Energieberatungsunternehmen Ecofys hat in einer Metaanalyse die Rolle von grünen Gasen für den Erfolg der Energiewende untersucht. Die Ende Oktober veröffentlichte Studie belegt, dass sich die ambitionierten Klimaziele für das Jahr 2050 durch den Einsatz grüner Gase am kostengünstigsten erreichen lassen, so DVGW und Zukunft Erdgas in einer Mitteilung. Die beiden Organisationen hatten die Untersuchung bei Ecofys beauftragt. Die bis 2050 kumulierten Kostenvorteile durch die Nutzung von erneuerbaren Gasen und der zugehörigen Gasinfrastrukturen reichen bis zu rund 400 Milliarden Euro, heißt es. »Um die dringend nötige Sektorenkopplung auf ein stabiles und bezahlbares Fundament zu stellen, braucht es jetzt ein entsprechendes Technologie- und Markteinführungsprogramm«, so Timm Kehler von Zukunft Erdgas.

Im Rahmen der Metaanalyse hat Ecofys zehn Studien verschiedener Auftraggeber aus der Energiebranche ausgewertet, die sich mit der Rolle der Power-to-Gas-Technologie im Kontext der Sektorenkopplung beschäftigen.

»Mit Power-to-Gas bringen wir mehr Klimaschutz in den Mobilitätssektor.«

— Frithjof Staiß, ZSW

Einführungsprogramm

Sollen die CO2-Emissionen bis 2050 um mehr als 90 Prozent reduziert werden, so wird der Einsatz von grünen Gasen ab dem Jahr 2030 unverzichtbar, heißt es. Laut Studie würden die Kosten, um dieses Ziel zu erreichen, durch eine technologieneutrale Energiewende mit Gas im Vergleich zu einer reinen Elektrifizierungsstrategie zudem deutlich geringer ausfallen. Insbesondere im Gebäudesektor können grüne Gase genutzt werden, um Spitzenlasten flexibel bereitzustellen. Damit kann ein zusätzlicher Stromnetzausbau vermieden werden, so DVGW und Zukunft Erdgas. hd

Erschienen in Ausgabe: 10/2018