Telsche, wo stehen wir gerade beim Thema Wasserstofferzeugung mit Windenergie? Gibt es Fortschritte im Vergleich zum Jahr 2022?<\/strong><\/p>\n\n\n\n Weiterhin werden nahezu null Prozent des Stroms zur Erzeugung von gr\u00fcnem Wasserstoff genutzt, aber wir stehen nicht mehr ganz am Anfang, denn viele haben sich mittlerweile auf den Weg gemacht. Der aktuell in Reallaboren und Versuchsanlagen produzierte gr\u00fcne Wasserstoff wird weiterhin nur marginal kommerziell vertrieben. Jedoch wurde am 18. Oktober 2023 die RED III verabschiedet. Sie regelt die Ausweisung von Beschleunigungsgebieten und vereinheitlicht die Genehmigungsverfahren. Sie gilt als Meilenstein f\u00fcr die Energiewende. [2] Somit k\u00f6nnen Wasserstoffprojekte zuk\u00fcnftig schneller erfolgreich umgesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Solare Energiesysteme ISE<\/a> prognostiziert in ihren Szenarien \u00fcber die n\u00e4chsten drei Dekaden, dass es noch ein paar Jahre dauern kann, bis den Wasserstofftechnologien eine gr\u00f6\u00dfere Relevanz in der Bereitstellung und der Nutzung zukommt. [3] Hierf\u00fcr m\u00fcssen wir jetzt den Grundstein legen. Denn es gibt viele Anwendungen, bei denen wir in der Zukunft den Energietr\u00e4ger Wasserstoff als Alternative zu \u00d6l und Gas ben\u00f6tigen. Dabei ist es vorteilhaft, dass sich Wasserstoff \u00fcber lange Zeit verlustfrei speichern und \u00fcber weite Strecken transportieren l\u00e4sst. Momentan gibt es weiterhin noch viel zu wenig gr\u00fcnen Strom f\u00fcr die Elektrolyse, als dass eine Erzeugung gro\u00dfer Mengen zu niedrigen Kosten m\u00f6glich w\u00e4re. Doch nur wenn der Wasserstoff bezahlbar wird, kann auch die Energiewende gelingen. Am Ende m\u00fcssen die CO2<\/sub>-Emissionen stark reduziert und parallel gesetzlich geregelt werden. Das gelingt am besten, wenn wir jetzt anfangen, auf verschiedenen Wegen interdisziplin\u00e4r L\u00f6sungen zu etablieren.<\/p>\n\n\n\n Einige Elektrolysehersteller sind seit 2023 in Serienfertigung und vertreiben Dank voller Auftragsb\u00fccher ihre Anlagen weltweit. Bestehende Elektrolyseanlagen laufen i. d. R. noch im Forschungs- oder Pilotbetrieb, aber hier werden die Grundsteine f\u00fcr die nachhaltige Energieversorgung von Morgen gelegt.<\/p>\n\n\n\n Im Herbst 2023 wurde beispielsweise in Lingen eine H2<\/sub>-Pilotanlage installiert. Sobald der Inbetriebnahmeprozess abgeschlossen ist, werden hier ein PEM-Elektrolyseur mit einer Leistung von 4 MW und ein Druck-Alkali-Elektrolyseur mit einer Leistung von 10 MW gr\u00fcnen Wasserstoff erzeugen. Als Energiequelle f\u00fcr die Elektrolyse dient Offshore-Windenergie aus der Nordsee. Der Wasserstoff wird in ein \u00f6rtliches Netz eingespeist und als Brennstoff f\u00fcr Gasturbinen f\u00fcr Kraftwerke genutzt. [4] In Bad Lauchst\u00e4dt entsteht derzeit ein Energiepark, der geplant 2025 durch einen europaweit aktiven Erdgashandelskonzern und eine b\u00f6rsennotierte Energiehandelsgesellschaft in Betrieb genommen wird. Hier versorgt ein 50 MW-Windpark einen 30 MW Druck-Alkali-Elektrolyseur. Die besonderen \u00f6rtlichen Gegebenheiten erm\u00f6glichen eine Speicherung des erzeugten Wasserstoffs in Salzkavernen und den Transport durch das H2<\/sub>-ready Erdgasnetz zu einer Raffinerie in Leuna. [5]<\/p>\n\n\n\n Ein letzter spannendender Grundstein, der aktuell gelegt wird, ist der \u00bbElektrolysekorridor Ostdeutschland\u00ab. Dieser ist ein Teilprojekt im Rahmen von \u00bbDoing Hydrogen\u00ab hinter dem ein gro\u00dfes Firmenkonsortium steht. Geplant ist hier die gro\u00dftechnische Produktion von gr\u00fcnem Wasserstoff entlang einer geplanten Wasserstoff-Pipeline durch Mecklenburg-Vorpommern, Brandenburg, Berlin, Sachsen-Anhalt und Sachsen mit einer Gesamtleistung von mindestens 210 MW. [6] Der aktuelle Stand der angek\u00fcndigten Elektrolysekapazit\u00e4ten bis 2030 bel\u00e4uft sich laut des Wasserstoff-Kompass auf \u00bbeine kumulierte stromseitige Elektrolyseleistung von 4,3\u00a0GW, was knapp 50 % der im Koalitionsvertrag vereinbarten Zielvorgabe (10 GW) entspricht. Schlie\u00dft man undatierte Projekte in die Betrachtung mit ein, so erh\u00f6ht sich die angek\u00fcndigte stromseitige Elektrolyseleistung auf 7,6 GW.\u00ab [7]<\/p>\n\n\n\n Einen weiteren vielversprechenden Ansatz f\u00fcr einen nachhaltigen Einsatz von Elektrolyseuren bietet die M\u00f6glichkeit, diese mit Kl\u00e4ranlagen zu kombinieren. Das Umweltbundesamt identifiziert Kl\u00e4ranlagen mit etwa einem F\u00fcnftel des Gesamtenergiebedarfs als gr\u00f6\u00dften Energieverbraucher einer st\u00e4dtischen Gemeinde. [8] Die Stadt Hannover m\u00f6chte mit einem innovativen Verbundprojekt einen effizienteren Betrieb der Kl\u00e4ranlage erreichen. Das Ziel ist, durch die Kopplung von Sektoren Energieeinsparungen zu erzielen und damit lokale Infrastruktur effizienter zu nutzen. Der erste geplante Schritt ist der Ausbau der erneuerbaren Energien, um den besagten gr\u00fcnen Strom zu produzieren. Damit werden dann \u00fcber eine Elektrolyseanlage Wasserstoff und als Nebenprodukte (Ab-)W\u00e4rme und Sauerstoff produziert. Die W\u00e4rme soll in das \u00f6rtliche Fernw\u00e4rmenetz eingespeist werden. Der Wasserstoff dient als Treibstoff f\u00fcr die Busse des st\u00e4dtischen \u00d6PNV und der Sauerstoff kann gleich zwei Funktionen erf\u00fcllen: Die offensichtliche ist, den Sauerstoff f\u00fcr die biologische Abwasserreinigungsstufe zu nutzen. Nach dem Stand der Technik werden die f\u00fcr den Prozess ben\u00f6tigten Mikroorganismen mit Luft (mit lediglich 21 % Sauerstoffgehalt) versorgt. Substituiert man jedoch mit reinem Sauerstoff, k\u00f6nnen die Mikroben effizienter arbeiten und es wird weniger Energie f\u00fcr die Pumpen zur Bel\u00fcftung der Becken ben\u00f6tigt. Somit wird an dieser Stelle gr\u00fcner Strom gespart. \u00dcber die nationalen Projekte hinaus gibt es viele Vorhaben in d\u00fcnn besiedelten Regionen mit sehr guten Wind- und Solarressourcen f\u00fcr die Herstellung und den Export von Wasserstoff oder entsprechenden Energietr\u00e4gern. Es bleibt aber dabei, dass die Produktion von gr\u00fcnem Wasserstoff in gro\u00dfen Mengen direkt vom Ausbau der Wind- und Solarenergie abh\u00e4ngig ist.<\/p>\n\n\n Ben\u00f6tigt werden:<\/p>\n\n\n\n Die Gr\u00f6\u00dfe des Elektrolyseurs bestimmt die Gr\u00f6\u00dfe der anderen Komponenten. Die Systeme k\u00f6nnen modular aufgebaut werden und lassen sich damit beliebig an den regionalen oder \u00fcberregionalen Bedarf anpassen. Gro\u00dfe Anlagen bestehen aus Elektrolyseuren mit 1 MW bis 10 MW, noch gr\u00f6\u00dfere Systeme sind in der Entwicklung.<\/p>\n\n\n\n Sehr, da die momentan hohen Strompreise (kaum) eine Wasserstofferzeugung zulassen. Wir brauchen in jedem Fall mehr Windenergie- und Photovoltaikkapazit\u00e4ten, damit der steigende Strombedarf (z. B. f\u00fcr die Elektrifizierung des Verkehrssektors) abgedeckt wird und au\u00dferdem gr\u00fcner Strom f\u00fcr die Produktion von gr\u00fcnem Wasserstoff als Energiespeicher f\u00fcr die Bereiche, die mit gr\u00fcnem Strom nicht betrieben werden k\u00f6nnen, zur Verf\u00fcgung steht.<\/p>\n\n\n\n Die Erzeugung von Wasserstoff \u00fcber einen Elektrolyseur mit Windenergie oder eine andere erneuerbare Technologie ist in erster Linie nachhaltiger als etwa der konventionelle Weg \u00fcber die Dampfreformierung von Erdgas. Dampfreformer sind zudem in der Regel gro\u00dfe, zentrale Anlagen – ein wesentlicher Unterschied zu den modularen, \u00fcberall einsetzbaren Elektrolyseuren. Der entscheidende Nachteil bei der Dampfreformierung des Erdgases ist, dass dabei in gro\u00dfem Umfang das klimasch\u00e4dliche CO2<\/sub> erzeugt wird. Zwar kann das CO2<\/sub> im Abgas abgeschieden werden, dadurch wird aber zus\u00e4tzliche Energie ben\u00f6tigt und die Abscheidung ist unvollst\u00e4ndig. Au\u00dferdem entweicht bei der F\u00f6rderung, dem Transport und der Speicherung des f\u00fcr den Prozess notwendigen Erdgases klimasch\u00e4dliches Methan in die Atmosph\u00e4re. Hinzu kommt, dass das Erdgas gr\u00f6\u00dftenteils importiert werden muss \u2013 was einer politisch unabh\u00e4ngigen Energieversorgung entgegenwirkt.<\/p>\n\n\n\n Der Wirkungsgrad betr\u00e4gt bei den verschiedenen Elektrolyseurtypen bis zu 68 %, alkalische Elektrolyse ist dabei etwas effektiver als PEM. Wenn Dampf mit hoher Temperatur vorhanden ist, sind Hochtemperaturelektrolyseure noch effizienter. [10] Beim Wirkungsgrad der Elektrolyseure gibt es noch ein paar Prozent Verbesserungspotenzial in der Technologie- wie auch auf der Systemebene. Dazu forschen wir auf unseren Wasserstoff-Testfeldern, den Hydrogen Labs<\/a>, in Bremerhaven, Leuna und G\u00f6rlitz. [11] Auf der Materialebene wird ebenfalls weiter optimiert, daran arbeiten zum Beispiel unsere Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer IMWS<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Theoretisch werden f\u00fcr die Herstellung von 1 kg Wasserstoff 42 kWh ben\u00f6tigt. Praktisch sind es aber bei einem PEM-Elektrolyseur durch die ben\u00f6tigte Energie zum Dauerbetrieb des Elektrolyseurs und aller Nebenkomponenten 55 kWh.<\/p>\n\n\n\n W\u00e4rmepumpen sind in der Energiebilanz unter Ber\u00fccksichtigung von Treibhausgasemissionen nicht zu schlagen. Der energetische Wirkungsgrad von W\u00e4rmepumpen ist von zahlreichen variablen Faktoren abh\u00e4ngig, die sich auf ihre Effizienz und Umweltvertr\u00e4glichkeit auswirken. Quelltemperatur und F\u00f6rderleistung sind zwei dieser Faktoren. Eine hohe Quelltemperatur ist bekanntlich gut, doch wenn die F\u00f6rderleistung gering ist, wird der Wirkungsgrad immens gesenkt. Auch die K\u00e4ltemittel und deren GWP-Werte (Global Warming Potential, bei Leckagen) sollten stets mitgedacht werden. Neben diesen drei Faktoren gibt es noch eine Vielzahl weiterer. Je nach Anwendungsfall muss hier eine passende W\u00e4rmepumpe gefunden werden. Alles steht und f\u00e4llt jedoch mit der Verwendung des richtigen Stroms. Gr\u00fcner Strom verwandelt jede noch so vermeintlich ineffiziente W\u00e4rmepumpe in eine Energieversorgung mit signifikant geringeren CO2<\/sub> -Emissionen. An dieser Stelle seien die Untersuchungen des Fraunhofer ISE erw\u00e4hnt, welche einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der W\u00e4rmepumpe leisteten. [12]<\/p>\n\n\n\n Wasserstoff ist f\u00fcr bestimmte Branchen wie z. B. die Chemie nichts Neues. Grunds\u00e4tzlich sind die Eigenschaften gut erforscht und das Potenzial klar. In der Umsetzung, vor allem als Energietr\u00e4ger, hat es bisher gehapert und es ging aus den oben genannten Gr\u00fcnden nicht schnell genug voran. Nun haben sich jedoch die Rahmenbedingungen und die Einsatzszenarien ge\u00e4ndert. Was neben den technischen Fortschritten bei den Elektrolyseuren noch fehlt, ist der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft mit Planern, Ingenieurinnen, Technikern und vielen weiteren Fachkr\u00e4ften, die in der gesamten Wertsch\u00f6pfungskette involviert sind. Dazu ben\u00f6tigen wir Aufkl\u00e4rung, Informationen und vor allem Kompetenzaufbau. Fach- und F\u00fchrungskr\u00e4fte sollen die F\u00e4higkeiten erlangen, Wasserstoffprojekte konkret zu planen und umzusetzen. Es bedarf zus\u00e4tzlicher Anstrengungen, um gezielt Kompetenzen aufzubauen und notwendige Qualifizierungsprozesse zu etablieren, sowohl in der dualen Ausbildung als auch und vor allem in der beruflichen Weiterbildung. [1] Studie: Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem – Die deutsche Energiewende im Kontext gesellschaftlicher Verhaltensweisen (fraunhofer.de)<\/a> Angewandtes Forschen beim Fraunhofer IWES<\/a> <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Am Fraunhofer IWES setzen wir uns aktiv f\u00fcr erneuerbare Energien ein. T\u00e4glich unterst\u00fctzen und f\u00f6rdern wir die Weiterentwicklung von Technologien in den Bereichen Windenergie und Wasserstoff. <\/p>\n","protected":false},"author":58,"featured_media":2565,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[18],"tags":[506,382,484,622],"coauthors":[620],"class_list":["post-2549","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-windforschung-kategorie","tag-erneuerbare-energien","tag-gruener-wasserstoff","tag-hydrogen-lab_de","tag-wissenstransfer"],"acf":[],"yoast_head":"\nWie hoch k\u00f6nnte der Anteil von gr\u00fcnem Wasserstoff an der Energieversorgung in Zukunft sein?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Welche Fortschritte gibt es denn, die positiv stimmen?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Welche Ans\u00e4tze zur Gewinnung von gr\u00fcnem Wasserstoff gibt es noch?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Die zweite Funktion des Sauerstoffs gewinnt an Relevanz in Hinblick auf eine neue EU-Richtlichtlinie. Hiernach werden alle St\u00e4dte und Gemeinden mit mehr als 100.000 Einwohnern ab dem Jahr 2035 verpflichtet, eine weitere vierte Reinigungsstufe in der Abwasserkl\u00e4rung einzuf\u00fchren, die sogenannte Ozonisierung. Bei dieser neuen zus\u00e4tzlichen Reinigungsstufe des Abwassers werden effizient Pharmaka und Pflanzenschutzmittel aus dem Abwasser entfernt. [9]<\/p>\n\n\n\n![\"Erzeugung](\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/Wasserstoff-BHV-7347-\u00a9Jens-Lehmkuehler-698x465.jpg\")
Was ist technisch alles erforderlich, um gr\u00fcnen Wasserstoff zu erzeugen und wie gro\u00df muss eine Anlage sein?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
\n
Wie stark beeinflusst der stagnierende Ausbau der Windenergieanlagen die Erzeugung von Wasserstoff?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Wie aufwendig ist die Erzeugung von gr\u00fcnem Wasserstoff aus Windenergie im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Methoden?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Elektrolyseuren derzeit? Und was ist ein realistisches Ziel?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Wie viel Strom ist erforderlich, um 1 kg Wasserstoff herzustellen?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Wie sinnvoll ist eigentlich eine W\u00e4rmepumpe aus energetischer Sicht?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Wie k\u00f6nnen wir das Potenzial von Wasserstoff nutzen und die Energiewende vorantreiben?<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Basierend auf aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen entwickeln wir zusammen mit der Fraunhofer Academy<\/a> praxisnahe Weiterbildungen und ma\u00dfgeschneiderte Trainings f\u00fcr Unternehmen. Weitere Infos unter folgenden Links:<\/p>\n\n\n\n\n
Quellen:<\/h4>\n\n\n\n
[2] DIRECTIVE (EU) 2023\/2413 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 18 October 2023<\/a>
[3] Studie: Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem – Die deutsche Energiewende im Kontext gesellschaftlicher Verhaltensweisen (fraunhofer.de)<\/a>, Update 11\/2021, S. 25, 17.01.2024
[4] Pilotanlage H\u2082-Elektrolyse Lingen | Wasserstoff-Projekt von RWE<\/a>
[5] Start \/ Energiepark Bad-Lauchstaedt (energiepark-bad-lauchstaedt.de)<\/a>
[6] Elektrolysekorridor Ostdeutschland | ENERTRAG<\/a>
[7] Erzeugungskapazit\u00e4ten | Wasserstoff Kompass (wasserstoff-kompass.de)<\/a>
[8] Energieeffizienz kommunaler Kl\u00e4ranlagen (umweltbundesamt.de)<\/a>
[9] Hannover plant den Aufbau einer regionalen Wasserstoffherstellung<\/a>; Wasserstoff: So werden aus Kl\u00e4ranlagen gr\u00fcnen Fabriken (handelsblatt.com)<\/a>
[10] Clean Hydrogen JU – SRIA Key Performance Indicators (KPIs) (europa.eu)<\/a>
[11] IWES_Datenblatt_HLB_de.pdf (fraunhofer.de)<\/a>
[12] Auch in Bestandsgeb\u00e4uden funktionieren W\u00e4rmepumpen zuverl\u00e4ssig und sind klimafreundlich \u2013 Feldtest des Fraunhofer ISE abgeschlossen – Fraunhofer ISE<\/a>
<\/p>\n\n\n\nMehr Informationen hier:<\/h4>\n\n\n\n
ILES Summer School 2021 – Von der Theorie in die Praxis<\/a>
Fortschritt als Notwendigkeit<\/a><\/p>\n\n\n\n