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Strom-zu-Wasserstoff-Anlage in Dänemark löst das Problem der unregelmäßigen Stromversorgung durch erneuerbare Energien

In nur drei Jahren schloss das HyBalance-Konsortium erfolgreich den Bau einer der größten Wasserstoffanlagen Europas ab, deren Herstellungsprozess auf Wasserelektrolyse basiert. Das Team demonstrierte den Wert des Strom-zu-Wasserstoff-Konzepts, um Überschüsse aus der Windenergieerzeugung effizient zu speichern und zu transportieren. Die Demonstration wurde mittels eines neuen, flexibleren Verfahrens durchgeführt.

Energie

Aufgrund der unbeständigen Verfügbarkeit von Solar- und Windenergie ist die Stromerzeugung aus diesen Quellen zeitweise höher als der Verbrauch. Um der Verschwendung dieses Überschusses entgegenzuwirken, scheint das Strom-zu-Gas-Konzept eine optimale Lösung zu sein. Erneuerbare Energie wird in Wasserstoff umgewandelt und dann als solcher verwendet. Alternativ kann er in Synthesegas, Methanol oder Ammoniak umgewandelt werden. Die Vorgängerlösung wird Power2Hydrogen (Strom-zu-Wasserstoff) oder PtH2 genannt. Dabei wird der Wasserstoff direkt verwendet. Sie gilt als die nachhaltigste Methode zur Wasserstofferzeugung, die derzeit verfügbar ist. „Wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen wie Windkraftanlagen kommt, kann der Wasserstoff sogar als umweltfreundlich betrachtet werden – im Gegensatz zu Wasserstoff, der mit fossilen Brennstoffen erzeugt wird. Durch die Umwandlung in Wasserstoff kann die erneuerbare Energie gespeichert und an verschiedene Bereiche wie Industrie und Mobilität weitergeleitet werden“, sagt Diederick Luijten, stellvertretender Leiter für Wasserstoffenergie in Nordeuropa bei Air Liquide und Projektmanager von HyBalance. Die Technologie ist schon seit einiger Zeit bekannt, wurde bisher jedoch noch nicht für die gesamte Wertschöpfungskette, in industriellem Maßstab und für die Endnutzung in verschiedenen Bereichen demonstriert – was als eine Voraussetzung für eine rentable Investition gilt. Diese Demonstration war eines der Hauptziele von HyBalance. Das aus sechs Beteiligten bestehende Konsortium hatte sich vorgenommen, eine PtH2-Demonstrationsanlage in Dänemark zu bauen. Die Anlage wurde im September 2018 in Hobro eingeweiht. Der Ort wurde aufgrund seiner Nähe zu Windkraftanlagen, dem Hochspannungsstromnetz, den Gasnetzen und den Gasspeichern gewählt. Die Anlage mit 1,2 MW ist eine der größten Wasserstoffanlagen Europas, deren Herstellungsprozess auf Wasserelektrolyse basiert.

Demonstration der PEM-Elektrolyse

Während die meisten Wasserstoffanlagen die alkalische Elektrolyse verwenden – bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, wenn Strom über zwei Elektroden zugeführt wird – wird in der Anlage in Hobro die PEM-Elektrolyse (PEM: Protonenaustauschmembran) eingesetzt. Der Vorgang funktioniert wie eine PEM-Brennstoffzelle, nur umgekehrt: Das Endprodukt ist also Wasserstoff und nicht Strom. „Ziel des Projekts ist es, die Technologie der PEM-Elektrolyse und ihre Fähigkeit zum flexiblen und dynamischen Ausgleich der Netzlast zu validieren, darunter eine hohe Verfügbarkeit und kurze Hoch- und Herunterfahrzeiten für das Netz. HyBalance ist eine der ersten PtH2-Anlagen in Europa, die Dienstleistungen zum Netzlastausgleich bietet“, merkt Luijten an. Kurzum kann sich eine PEM-Elektrolyseanlage schnell an die schwankenden Strommengen, die auf dem Markt erhältlich sind, anpassen, was für die Umwandlung und Speicherung überschüssigen Stroms aus Windkraftanlagen von zentraler Bedeutung ist. Seitdem die Anlage in Betrieb ist, lieferte sie über Rohrleitungen und Lastwagen Wasserstoff an die Industrie und an Tankstellen. „Die PEM-Elektrolyseanlage durchlief eine Reihe von Leistungstests und ist in der Lage, pro Jahr 180 Tonnen hochwertigen Wasserstoffs (≥ 99,998 %) zu erzeugen. Derzeit steht das System im Einklang mit den Zielen des Gemeinsamen Unternehmens „Brennstoffzellen und Wasserstoff“ (FCH JU) der Europäischen Kommission und produziert Wasserstoff mit einem Energieverbrauch im Bereich von 55 bis 58 kWh/kg bei Nennlast“, erläutert Luijten. Insgesamt hat das Projekt erfolgreich nachgewiesen, dass das PtH2-Konzept zur Dekarbonisierung unserer Wirtschaft beitragen kann. Bis Ende 2019 lieferte HyBalance mehr als 76 Tonnen umweltfreundlichen Wasserstoffs, füllte mehr als 150 Lastwagen und war insgesamt 13 300 Stunden lang in Betrieb. Luijten ist zuversichtlich, dass die Anlage einen Beitrag zu einer schnelleren Umsetzung von PtH2-Installationen in ganz Europa leisten wird. Das Projektteam wird die Leistung seiner Brennstoffzellen regelmäßig auswerten. Außerdem werden zusätzliche Tests des Lastenausgleichs durchgeführt, um bis zum Abschluss des Projekts im September 2020 einen potenziellen Gewinn zu bewerten.

Schlüsselbegriffe

HyBalance, Strom zu Wasserstoff, Elektrolyse, Dänemark, erneuerbar, Synthesegas, Methanol, Ammoniak, Wasserstoff

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