Die grösste Power-to-Gas-Anlage in Süddeutschland erzeugt seit rund einem Jahr erfolgreich grünen Wasserstoff. Nun wird die Elektrolyseanlage im baden-württembergischen Grenzach-Wyhlen ausgebaut. Damit verbunden ist eine Erweiterung der elektrischen Leistung von einem auf sechs MW, wie das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) mitteilt.
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Das Vorhaben in Baden-Württemberg soll den erzeugten Wasserstoff sektorübergreifend in die Energieinfrastruktur vor Ort integrieren. Für das ZSW steht auf der technischen Ebene die Entwicklung serientauglicher, in grosse Leistungsklassen skalierbarer Elektrolyse-Technologien im Fokus. Daneben werden Geschäftsmodelle für grünen Wasserstoff analysiert. Ziel ist, den Markthochlauf der grünen Wasserstofftechnologie zu beschleunigen. Die Forschungsförderung beträgt insgesamt rund 13,5 Millionen Euro.
Die neue Anlage nahm Anfang Jahr ihren Betrieb auf, die Projektlaufzeit beträgt fünf Jahre. Danach soll sich der Anlagenbetrieb wirtschaftlich selbst tragen. «Wir wollen die Basis zur Hochskalierung der Technologie schaffen, damit die Kosten sinken und der Markt sich entwickeln kann», sagt Marc-Simon Löffler, Leiter des ZSW-Fachgebiets Regenerative Energieträger und Verfahren. Da erneuerbarer Wasserstoff essenziell für das Erreichen von Klimaneutralität sei, müsse dieser Markt künftig stark wachsen.
Grünen Wasserstoff integrieren
Die bereits bestehende Power-to-Gas-Anlage der Energiedienst AG mit einer elektrischen Anschlussleistung von derzeit noch einem MW erzeugt mit dem Strom aus dem Rhein-Wasserkraftwerk in Wyhlen erneuerbaren Wasserstoff. Ein Monitoringsystem des ZSW vermisst alle wesentlichen Komponenten und Subsysteme. An diese kommerzielle Anlage ist ein ZSW-Forschungselektrolyseur angebunden, mit dem neue Elektrolysetechnologien in der Praxisumgebung erprobt werden.
Die Projektpartner Energiedienst und EnBW wollen die Leistung der Anlage im Rahmen des Reallabors weiter ausbauen, um zusätzliche Anwendungsfelder für grünen Wasserstoff zu erschließen. Im unmittelbaren Umfeld bieten sich dafür folgende Optionen an: Unternehmen im nahe gelegenen Industrieareal, die Wasserstoff als Rohstoff nutzen; außerdem Mobilitätsanwendungen, die bei der Umstellung auf Brennstoffzellenantriebe den Wasserstoff unmittelbar vor Ort tanken und nutzen können, etwa Busse und Bahnen des öffentlichen Nahverkehrs sowie der Schwerlastverkehr. Die bei der Erzeugung von Wasserstoff entstehende Abwärme ist zur Wärmeversorgung der neu entstehenden benachbarten Wohnquartiere vorgesehen, wodurch der Gesamtnutzungsgrad der eingesetzten Energien auf bis zu 90 Prozent gesteigert werden kann.
Das ZSW wird das technische Monitoringsystem für den kommerziellen Anlagenteil weiter betreiben und mit dem Ausbau entsprechend erweitern. Zudem entwickelt es wirtschaftlich tragfähige Geschäftsmodelle für die lokale Verteilung und Nutzung des Wasserstoffs und der Prozesswärme. Die Erkenntnisse aus dem Projekt sollen auch für andere Power-to-X-Standorte nutzbar gemacht werden.
Kosten der Elektrolyseure senken
Das zentrale Arbeitspaket für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des ZSW ist die Weiterentwicklung der alkalischen Wasserelektrolyse hin zu größeren Leistungsklassen und zur Serientauglichkeit. Experten attestieren der alkalischen Elektrolyse aufgrund der Skalierbarkeit ein hohes Kostensenkungspotenzial. Bislang werden die Anlagen zur Erzeugung des Wasserstoffs nur in kleineren Leistungsklassen von bis zu wenigen MW im Manufakturbetrieb hergestellt und sind damit teuer. Für einen wirtschaftlichen Betrieb der Power-to-Gas-Anlagen müssen die Kosten auf wenige hundert Euro pro KW sinken. Das gehe nur mit einer Skalierung in größere Leistungsklassen und einer industriellen, automatisierten Großfertigung.
Das Forschungsinstitut will mit H2-Wyhlen den Weg dahin ebnen. Zu diesem Zweck untersucht und entwickelt es Materialien und Fertigungsmethoden, die diesen Übergang zu serientauglichen, skalierbaren Produktionsprozessen erlauben – etwa fortschrittlich galvanisch beschichtete Elektroden, in Spritzgussverfahren hergestellte Kunststoffzellrahmen oder in den Herstellungsprozess integrierte 3D-Druckverfahren. Die Ergebnisse fließen ein in fertigungsoptimierte Elektrolyseblock-Prototypen in der elektrischen Leistungsklasse bis 500 kW, die in der Forschungsplattform des ZSW vor Ort in Wyhlen in Realumgebung getestet werden. Die Wissenschaftler erstellen außerdem ein Konzept für eine grossskalige Fertigungsstrasse für Elektrolyseblöcke.
Klimaneutralität mit Wasserstoff aus Ökostrom
Nach dem Willen der Bundesregierung soll Deutschland bis 2050 klimaneutral sein. Auf europäischer Ebene fordert dies auch die EU-Kommission. Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, sei unverzichtbar, um Strom, Wärme, Mobilität sowie industrielle Prozesse, insbesondere in der chemischen Industrie und in der Stahlindustrie, treibhausgasneutral zu machen, schreibt das ZSW.
Zur Erreichung dieser Ziele müsste allein in Deutschland im Jahr 2030 eine Elektrolyseleistung von fünf GW in Betrieb sein. Europaweit sogar 40 GW. Aktuell sind hierzulande jedoch nur rund 50 MW errichtet, also nur ein Prozent der im Jahr 2030 erforderlichen Leistung und nur gut ein Promille des Ziels für die EU. Damit Deutschland seine für 2030 gesetzten Ziele erreichen kann, ist ein jährlicher Absatz an Elektrolyseuren von 500 MW notwendig.