Umweltfreundliche industrielle Wasserstofferzeugung gibt Europa wichtige Impulse auf dem Weg in eine dekarbonisierte Zukunft

Erneuerbare Stromquellen sind nicht immer konstant, was ein Problem auf dem Weg hin zu einer CO2-armen Wirtschaft darstellt. Das preisgekrönte Projekt GrInHy entwickelte einen Prototypen, der umweltfreundliche, flexible Wasserstoffenergie mit hohem Wirkungsgrad erzeugt, um extrem emissionsarmen Stahl zu ermöglichen.

Energie

Der Wandel hin zu einer wettbewerbsfähigen, CO2-armen Wirtschaft ist eine große Herausforderung für die heutige Gesellschaft. Um dieses Ziel – im Einklang mit dem von der Europäischen Kommission festgelegten Ziel für 2050 – zu erreichen, sind alle Wirtschaftszweige in großem Umfang auf erneuerbaren Strom angewiesen. Erneuerbare Energiequellen kommen jedoch oft nur unregelmäßig vor, und nicht jeder Sektor kann sich diesen Schritt leisten. Die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE) ist eine der vielversprechendsten Technologien zur Umgehung dieser Probleme und bietet eine hochflexible, effiziente Energiequelle. „Das Hauptziel von GrInHy war die Herstellung des weltweit größten reversiblen Hochtemperatur-Elektrolyseurs, der Wasserstoff erzeugen kann, wenn erneuerbarer Strom verfügbar ist, und Strom aus Wasserstoff oder Erdgas liefert, wenn erneuerbarer Strom knapp ist“, so Simon Kroop, GrInHy-Projektkoordinator von der Salzgitter Mannesmann Forschung. „Alle Ziele und Meilensteine des Projekts wurden mit nur geringen Abweichungen erreicht“, sagt Kroop. Ein flexibler und dynamisch anwendbarer Prototyp – basierend auf einer Technologie der Sunfire GmbH – wurde erfolgreich entworfen, hergestellt und in ein bestehendes Eisen- und Stahlwerk integriert. Das Team von GrInHy demonstrierte die potenzielle Erzeugung von umweltfreundlichem Wasserstoff mittels Hochtemperatur-Elektrolyse für das auf Wasserstoff basierende, CO2-arme Konzept zur Stahlherstellung der Salzgitter AG, mit dem die Gesamtemissionen um mehr als 95 % gesenkt werden sollen – und geht damit weit über den heutigen Einsatz für die Glühprozesse hinaus. Aufgrund des Projekterfolgs wurde GrInHy für die Auszeichnung in der Kategorie „Best Project Innovation“ bei den „FCH JU Awards 2018“ nominiert. Wiederverwenden, recyceln, wiederholen Durch die Hochtemperatur-Elektrolyse wird Dampf sehr effizient in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Da es sich beim Energieeintrag (Dampf) im Wesentlichen um Abwärme handelt, arbeitet das System sehr viel effizienter und nachhaltiger als herkömmliche Technologien. „Der größte Vorteil des elektrischen Wirkungsgrades ist die direkte Nutzung von Industriedampf aus Abwärme aus Prozessen in Eisen- und Stahlwerken bei rund 150 °C. Dies führt nicht nur zu einem geringeren Bedarf an elektrischer Energie im Vergleich zu anderen Elektrolyseur-Technologien, sondern auch zu niedrigeren Betriebs- und Energiekosten“, so Kroop. In insgesamt ungefähr 10 000 Betriebsstunden wurde der Prototyp entweder im Elektrolyse-, Brennstoffzellen- oder sofort einsetzbaren Bereitschaftszustand betrieben. „Am wichtigsten ist, dass der Elektrolyseur Industriedampf aus Abwärmeprozessen direkt zur Erzeugung von Wasserstoff verwendete, der die Qualitätsanforderungen für das Glühen von Stahl des Eisen- und Stahlwerks erfüllte“, erklärt Kroop. Rundum gute Arbeit „Ich bin sehr stolz auf die außergewöhnliche Teamarbeit des europäischen Projektkonsortiums. Wir hatten acht Partner aus fünf verschiedenen EU-Ländern. Insgesamt haben mehr als 30 Experten und Forscher verschiedener Berufe eng zusammengearbeitet, um die Hochtemperatur-Elektrolyse-Technologie der Marktreife einen großen Schritt näher zu bringen“, so Kroop. In begleitenden Studien bewertete das Team von GrInHy die Kostenstruktur, das potenzielle Geschäftsmodell und die Umweltleistung der Technologie. Darüber hinaus wurde das Projekt auch durch wissenschaftliche Konferenzen, internationale Messen und spezielle Workshops zum Thema Wasserstoff-Technologie in der Öffentlichkeit bekannt gemacht. Obwohl das offizielle Projekt im Februar 2019 endete, läuft der Prototyp noch bis Mitte 2020. Danach soll der GrInHy-Prototyp durch seinen Nachfolger ersetzt werden. Das Projekt GrInHy2.0 das im Januar dieses Jahres gestartet wurde, will alle Ergebnisse und Erfahrungen nutzen, um die Nennleistung des Elektrolyseurs um das Fünffache im Vergleich zum vorherigen GrInHy-Prototyp zu erhöhen. „Wir haben bewiesen, dass der Hochtemperatur-Elektrolyseur im industriellen Umfeld funktioniert und werden uns nun der Hochskalierung widmen. Zur Ausschöpfung des vollen Potenzials von umweltfreundlichem Wasserstoff in verschiedenen Branchen benötigen wir einen günstigen rechtlichen Rahmen für eine wirtschaftliche Nutzung von ‚umweltfreundlichem‘ Wasserstoff“, sagt Kroop.

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Green Industrial Hydrogen via Reversible High-Temperature Electrolysis

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