Grüne Power-to-Gas/Wasserstoff-Anlage am Hochrhein arbeitet zuverlässig

Copyright Abbildung(en): ZSW

Erneuerbarer Wasserstoff kann unsere Mobilität grüner machen. Dafür müssen jedoch die Kosten sinken. Wie das geht, erproben Energiewirtschaft und Forschung derzeit in einer industriellen Power-to-Gas-Anlage im süddeutschen Grenzach-Wyhlen. Die Megawattanlage ist im April 2020 seit vier Monaten in Betrieb und funktioniert zuverlässig. Auch ein daran angeschlossener Forschungselektrolyseur läuft sehr erfolgreich. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) koordiniert das Vorhaben. Betreiber der kommerziellen Anlage ist der Energieversorger Energiedienst AG.

Die Power-to-Gas-Anlage mit einer elektrischen Anschlussleistung von einem Megawatt erzeugt erneuerbaren Wasserstoff mit dem Strom aus dem Rhein-Wasserkraftwerk in Wyhlen. Da eine Nutzung des öffentlichen Stromnetzes nicht erforderlich ist, entfallen Netzentgelte und die EEG-Umlage. Darüber hinaus lassen sich im Vergleich zu Power-to-Gas-Anlagen, die auf Wind- oder Sonnenenergie basieren, hohe Volllaststunden erreichen, weil die Wasserkraft praktisch rund um die Uhr zur Verfügung steht. Das verbessert die Wirtschaftlichkeit weiter und ermöglicht schnell umfangreiche Betriebserfahrungen.

Seit Anfang Dezember 2019 läuft die Anlage regulär und hat seitdem bereits 1850 Betriebsstunden hinter sich. Das vom ZSW aufgesetzte Monitoringsystem, das alle wesentlichen Komponenten und Subsysteme vermisst, funktioniert einwandfrei. Die Anlage arbeitet sowohl bei Volllast als auch in verschiedenen Teillastzuständen vollautomatisch im 24-Stunden-Betrieb. Mit Hilfe einer Datenfernübertragung nach Stuttgart und automatisierter Datenauswertung überwacht das ZSW den Betrieb. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ermitteln unter anderem den Wirkungsgrad der Gesamtanlage inklusive aller Subsysteme. Der Gesamtwirkungsgrad von Strom zu hochreinem, auf 300 bar komprimiertem Wasserstoff liegt aktuell bei bis zu 66 Prozent bezogen auf den Brennwert des Gases. Darüber hinaus untersuchen die Forscher Alterungseffekte und leiten aus den Daten Verbesserungspotenziale ab.

ZSW

Bislang befüllte die Anlage 62 Trailer mit brennstoffzellentauglichem Wasserstoff. Jeder dieser transportablen Behälter fasst rund 300 Kilogramm. Pro Tag kann die Anlage bis zu 500 Kilogramm Wasserstoff erzeugen. Das reicht für eine durchschnittliche Tagesfahrleistung von mehr als 1000 Brennstoffzellen-Pkw aus.

Kosten der Elektrolyseure für die Industrie reduzieren

Auch das an die kommerzielle Anlage angedockte Forschungsvorhaben verläuft erfolgreich. In einer Forschungsanlage erproben die Wissenschaftler im Parallelbetrieb zur kommerziellen Anlage verbesserte Elektrolyseblöcke mit maximal 300 Kilowatt Leistung. Sie sollen den Wasserstoffpreis weiter senken. Aber auch Unternehmen können dort Komponenten testen und optimieren, um sie später auf ihre Produkte zu übertragen. Damit unterstützt das Projekt den Technologietransfer in die Wirtschaft. Im vergangenen Jahr schafften das ZSW und seine Forschungspartner bereits während des Testbetriebs der Anlage einen ersten Erfolg: mit neuen Elektrodenbeschichtungen erreichten die Forscher 20 Prozent mehr Leistungsdichte verglichen mit den Elektrolyseblöcken des industriellen Anlagenteils. Das bedeutet: Für die gleiche Leistung sind weniger Rauminhalt und Material erforderlich.

Da sich die Investitionskosten auch am Bauvolumen orientieren und die Elektrolyseblöcke mit rund 40 Prozent den größten Kostenanteil bei der Umwandlung des erneuerbaren Stroms ausmachen, schlagen sich Fortschritte auf diesem Gebiet automatisch auf den Wasserstoffpreis nieder. Für Hersteller von Elektrolyseanlagen ist die Entwicklung daher ein wichtiger Faktor zur weiteren Kostensenkung. Langfristiges Ziel der ZSW-Forscher und Energiedienst-Ingenieure ist es, die heutigen Produktionskosten von strombasiertem Wasserstoff in etwa zu halbieren.

Zwölf Partner sind bei dem Projekt mit an Bord, vier davon aus der Forschung: neben dem ZSW das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Hinzu kommen acht assoziierte Industriepartner: die Energiedienst AG, die Daimler-Tochter NuCellSys, der Zweckverband RBB Böblingen, die Stadtwerke Sindel- fingen, der Fernleitungsnetzbetreiber terranets bw, der Elektrolyseur-Hersteller McPhy Deutschland, der Membranproduzent und Anlagenbauer Fumatech BWT sowie die Landesagentur für neue Mobilitätslösungen und Automotive Baden-Württemberg (e-mobil bw).

Quelle: ZSW — Pressemitteilung vom 14.04.2020

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Tolle Verschwendung von Wasserkraft, aber der Franzose kann ja dank Atomstrom unsere Grundlast sichern und wir wissen ja ohnehin nicht wohin mit unserem Geld.

Transportabeler Wasserstoff
aus kostenloser Sonnenenergie kann weltweit geerntet werden und
auch in solchen industriealisierten Zonen genutzt werden, wo die Sonne nicht im Überfluss scheint.

Wasserstoff-Energie ist lagerbar, pipelinebar und transportabel genau wie Erdöl und Gas.
Wenn Wasserstoff weltweit aus Sonne erzeugt und gehandelt wird, verändern sich höchstens
die Orte, wo die Energie statt fossil aus der Erde, regenerativ vom Himmel kommt.

Die Effizienz der Umwandlung kostenloser und quasi unbegranzter weltweiter Sonnenenergie in
speicherbaren Wasserstof spielt dabei dann keine wesentliche Rolle mehr für die sinnvolle Machbarkeit
einer weltweiten Wasserstoffwirtschaft.

Wenn ich die ganzen Kommentare hier so lese ist wieder einmal festzustellen dass hier offensichtlich zwei Lager bestehen:
die einen befürworten den Wasserstoff – die andern sind dagegen. OK ich hätte an den Artikel eine ganz andere einfache Frage:
Wie viel kostet denn jetzt im Moment ein Kilo so produzierter Wasserstoff für den Endkunden ?und zwar, wenn man nicht den staatlich festgelegten zehn Euro Preis bezahlt?

Aus meiner Sicht ist die Forschung im Zusammenhang mit Brennstoffzellen in den letzten zwei Jahren massiv fortgeschritten. Ich habe seit 2017 an FCEV gearbeitet. Bitte schaut nicht auf Mirai und Co. Diese sind echt veraltet.
Leider wird in D diese Technik nicht so gefördert wie die BEV. Diese sind auch nicht soo toll.
Wie wär’s mit einer Beschränkung auf 3kg Lithium pro KFZ ?
Siehe https://www.gevestor.de/details/lithium-und-elektroautos-ist-die-preishysterie-gerechtfertigt-779356.html gegen https://www.golem.de/news/co2-emissionen-und-lithium-ist-das-elektroauto-wirklich-ein-irrweg-1907-142336-4.html

H2 ist als speicherbarer Energieträger in der Energiewirtschaft weltweit gesetzt. Da können diverse Herren da oberhalb schreiben was sie wollen. Sie sind halt keine Experten für Energiewirtschaft, wollen aber alles negativ kommentieren was mit H2 zu tun hat. Vor allem sind die Herren unbelehrbar. Egal was man ihnen an Fakten liefert, interessiert die das nicht. Forschung ist übrigens immer sinnvoll, egal um was es geht. Erst recht wenn es um eines der wichtigsten Themengebiete der Welt geht. Und dass das Wasserkraftwerk genutzt wird hat den einfachen Grund, dass das deutsche Regelwerk EE-feindlich ist und man Netzentgelt und EEG-Umlage nur so sparen kann. Steht im Text wenn man richtig liest. Wenn man Strom wirtschaftlich direkt nutzen kann, sollte man das tun. Also spricht alles für BEV. Da aber zukünftig extreme Mengen Strom gespeichert werden müssen, um ein 100%-EE-System in 2050 zu erreichen, wird H2 per Elektrolyse in großen Mengen zur Verfügung stehen. Ob ein Teil davon in einem Teil der zukünftigen PKW landen wird ist noch unsicher, aber durchaus denkbar.
Das ist die einfache und klare Realität gegen die üblicherweise nur Kohlelobbyisten in Energieforen schreiben.

Wasserstofferzeugung aus regenerativ gewonnener elektrischer Energie ist Verschwendung und hat mE auch keine Zukunft.
Solange nicht genug Strom da ist, kann man das Thema sowieso beerdigen. Die Projekte laufen zwar gerade überall im Land (Stadtwerke, Müllverbrennungen, Kläranlagen) an, weil die Politik das Thema für sich entdeckt hat (als Schmuck) und die Subventionsgiesskanne schüttet.
Das Ganze ist an Bigotterie nicht zu überbieten, wenn unser Herr Altmeier zu dem Thema den Mund aufmacht. Alle, die wirklich dran sind an dem Thema sagen: „Umlagen, Steuern, Abgaben, wie Sie von den Regierenden eingeführt sind, verhindern eine brauchbare Entwicklung.“ EE-Ausbau, PtX, alles wird derzeit massiv behindert.
Wasserstoff wird zwar kommen müssen, dann aber von der Petro- und Chemieindustrie geliefrt werden. Macht euch keine Illusionen über Solarparks in der Wüste o.Ä.
Wasserstoff wird en Masse über die Methanpyrolyse gewonnen werden. Sobald die Förderprogramme den Scaleup auf die erforderlich Größe ermöglicht haben, werden die alt bekannten (Wintershall Dea, BASF, Raffinerien younameit) einsteigen.
Alle KMU, Stadtwerke, Idealisten werden dann mit einem Marktpreis für Wasserstoff konfrontiert, der Ihnen den Spass aus dem Gesicht treibt.
Wie sagte mal unser ehem. Energiekomissar Öttinger im Gespräch mit den Lobbyisten der Energieversorger: die unterwandern uns unsere Energiewende. Kurz darauf giengen die Strompreise in Keller und die Netznutzung und Abgaben in die Höhe.
Das wird wieder so sein.

Die Momentansituation ist nicht relevant für die Forschung, sondern die Zukunft und das Endziel 100%-EE-System bis 2050.
In einem 100%-EE-System ist für Erdgas gar kein Platz und wird sowieso durch CO2-Abgaben verteuert. Aktuelles Ausschreibungsergebnis aus Katar für eine große PV-Anlage ist ein Strompreis von sensationellen 1,47 Cent/KWh. Da kommen wir dann auf einen H2-Preis von 3 Cent/KWh in der Herstellung. Das sind die mitentscheidenden Parameter. Nämlich Wirtschaftlichkeit insgesamt, nicht nur Wirkungsgrade von Anlagenteilen. Die Sonne schickt genug Strom auf die Erde. Wir müssen nur so sauber wie möglich „abgreifen“. Bei den 66% sind übrigens auch schon die Druckerzeugung auf 300Bar enthalten.

Bisher wurde argumentiert: Wasserstoff aus überschüssiger WK, deswegen sinnvoll. Was hat sich jetzt geändert?
Offensichtlich ist die Wandlung von H2 mit Wk noch nicht so weit. Bei oben genannter Anlage geht es auch darum Erkenntnisse zu gewinnen.
Wann ist mit Wasserstoff aus überschüssiger Wind- und Sonnenenergie zu rechnen?

Es geht nicht um Windkraft, sondern um erneuerbare Energien insgesamt. WK und PV ergänzen sich sehr gut. Denn bei viel Sonne ist oft wenig Wind verfügbar und umgekehrt. Irgendwann ist aber der Anteil der EE so umfangreich und flukturierend, dass man beginnen muss zu speichern. Aus wirtschaftlichen Gründen, wird sich das dann parallel ausweiten. Im Prinzip ist es eine Optimierungsaufgabe für Wissenschaftler. Es werden schätzungsweise mindestens 20% der Jahresstrommenge in Form von H2 gespeichert werden müssen und dann bei Bedarf daraus wieder Strom und Wärme zu produzieren. Übrigens wird viel mehr Wärme als Strom benötigt. Aus Strom kann man allerdings Wärme machen und ist deshalb normalerweise die höherwertigere Energieform. Ich bin davon überzeugt, dass wir längerfristig viel in Agro-PV investieren werden, da hierbei aus 100% Flächennutzung ca. 160% wird (80% Agro+80% PV). Flächen haben wir viel mehr als wir benötigen. PV ist bei neuen großen Kraftwerken, die kostengünstigste Form, um Strom zu erzeugen.
Und ich kann mir auch gut vorstellen, dass nach Wegfall der EEG-Förderung bei alten Windkrafträdern, dort jeweils eigene Elektrolyseure installiert werden, um die Energie wirtschaftlich nutzen zu können. Bis H2 richtig stark vorwärts kommt, vergehen sicherlich noch einige Jahre. Das hängt von sehr vielen Faktoren ab, vor allem auch Politischen. Diese Zeit muss man nutzen um zu forschen und H2-Technologien noch weiter zu Entwicklen. Diese Technik ist ja auch wiederum ein möglicher internationaler Verkaufsschlager für deutsche Maschinenbauer. Da müssen wir ganz vorne dabei sein.

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