Ammoniak-Methanol-Wasserstoff

 

H2Mare

 

Auf See herrschen beste Bedingungen zur Erzeugung erneuerbaren Stroms. Die direkte Herstellung von Grünem Wasserstoff in Offshore-Anlagen aus Windenergie ohne Netzanbindung kann die Kosten gegenüber der Erzeugung an Land deutlich senken. Das Leitprojekt H2Mare erforscht daher die Offshore-Erzeugung von Grünem Wasserstoff und Grünem Ammoniak sowie Methanol.

 

Vorstellung H2Mare

Partner: 31 (plus 2 assoziierte Partner)
Fördersumme: über 100 Millionen EUR
Projektlaufzeit: 01.04.2021 bis 31.03.2025

 

Windenergieanlagen auf See erzeugen deutlich mehr und regelmäßiger Strom als ihre Pendants an Land: So beträgt die mittlere Nennleistung von Onshore-Windrädern an Land rund 3,5 Megawatt, diejenige von Offshore-Anlagen 5 Megawatt. Dieses Potenzial will das Wasserstoff-Leitprojekt H2Mare nutzen, indem es direkt auf See erneuerbaren Strom nutzt, um daraus Wasserstoff und Wasserstoff-Folgeprodukte herzustellen.

 

 Dabei wollen die Partner den Wasser-Elektrolyseur direkt mit einer Windkraftanlage koppeln – und damit innovative Technologien bereitstellen, um offshore Grünen Wasserstoff zu erzeugen. Damit dies gelingt, müssen sowohl der Elektrolyseur als auch die Windkraftanlage angepasst werden.

 

Das H2Mare-Projekt H2Wind passt den Elektrolyseur an die rauen Bedingungen auf See an und das H2Mare-Projekt OffgridWind kümmert sich hingegen um die Anpassungen auf Seiten der Windkraftanlage. Die direkte Kopplung von Windkraftanlage und Elektrolyseur soll die Kosten der Wasserstoffproduktion minimieren. Denn ohne Anbindung an das Stromnetz können Infrastrukturkosten erheblich gesenkt werden. Zudem bedeutet die Entkopplung von Elektrolyse und Netz eine Entlastung für örtliche Netzstrukturen. Ein weiterer Vorteil der Wasserstoff-Herstellung im Meer: Hier stehen weit größere potenzielle Flächen zur Erzeugung von Windenergie zur Verfügung als an Land.

 

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

 

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

 

H2Mare

 

Im Leitprojekt H2Mare soll die Produktion von Wasserstoff und nachgelagerten Produkten wie synthetischen Kraftstoffen, Methanol, Ammoniak und synthetischem Methan auf hoher See entwickelt werden. Die von thyssenkrupp bearbeiteten Power-to-X-Prozesse umfassen alle drei letztgenannten Produkte. Das Unternehmen erhält im H2Mare-Projekt „PtX-Wind“ für die Entwicklung der Grundlagen bis zu einem Engineering eine Fördermenge von 780.000 Euro.

 

In Ländern mit hohem Potenzial zur Erzeugung von Wasserstoff aufgrund der guten Solar- und Windkraftversorgung, beispielsweise Australien oder Chile, ist grüner Ammoniak als zu exportierender Energieträger grünem Wasserstoff überlegen. Da Ammoniak verschifft wird, würden mit der direkten Offshore-Erzeugung durch die Kopplung von Windturbinen mit Elektrolyseuren Transportwege und damit Kosten gespart. Zudem sind durch die Offshore-Windparkgrößen größere Produktionsvolumina möglich, was wiederum die Absatzpreise verringert und grünes Ammoniak als Energieträger wettbewerbsfähiger macht.

 

Da Offshore-Windenergieanlagen deutlich mehr und regelmäßiger Strom als ihre Pendants an Land liefern, birgt die direkte Erzeugung von Wasserstoff und weiterer Power-to-X-Produkte ein großes Potenzial, da das neben Wasser benötigte CO2 und Stickstoff direkt vor Ort aus der Luft gewonnen werden kann. Besonders die Erzeugung von grünem Ammoniak kann hier entscheidend sein, denn aufgrund der hohen Energiedichte und einfacheren Speichertechnik ist Ammoniak in einigen Anwendungen die günstigere Variante gegenüber Wasserstoff, beispielsweise als Kraftstoff für Schiffe.

 

(Quelle thyssenkrupp-nucera)

 

 

 

Presseinformation von Siemens Energy und Siemens Gamesa


Siemens Gamesa und Siemens Energy wollen Produktion grünen Wasserstoffs mit Offshore-Wind vorantreiben

 

(im Rahmen der H2Mare-Initiative)

 

München, 13. Januar 2021

 

Die nachstehenden Entwicklungen sind Teil der H2Mare-Initiative, die voraussichtlich  (inzwischen weitgehend bewilligt) als Leuchtturmprojekt im Rahmen des Ideenwettbewerbs "Wasserstoffrepublik Deutschland" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert wird. Die modular aufgebaute H2Mare-Initiative unter der Konsortialführung von Siemens Energy besteht aus mehreren Teilprojekten, an denen mehr als 30 Partner aus Industrie, Instituten und Wissenschaft beteiligt sind. Siemens Energy und Siemens Gamesa werden zur H2Mare-Initiative mit eigenen Entwicklungen in separaten Modulbau-steinen beitragen.

 


• Geplante Entwicklungsprojekte zielen auf Gesamtinvestition von rund 120 Millionen Euro über
fünf Jahre für eine vollständig integrierte Offshore-Wind-Wasserstoff-Lösung ab


• Erster Schritt zur Entwicklung eines großtechnischen Systems zur Gewinnung grünen
Wasserstoffs aus Offshore-Windenergie


• Entwicklungen ermöglichen Dekarbonisierung von Sektoren wie Transport und Schwerindustrie


• Umsetzung im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Wasserstoff-Republik Deutschland" des
Bundesministeriums für Bildung und Forschung

 

Über einen Zeitraum von fünf Jahren plant Siemens Gamesa 80 Millionen Euro, Siemens Energy 40
Millionen Euro in die Entwicklungen zu investieren. Es ist vorgesehen, bis 2025/2026 eine Offshore-
Demonstrationsanlage zu errichten. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat heute
angekündigt, dass die Entwicklung im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Wasserstoff-Republik
Deutschland" umgesetzt werden kann.


"Wir kombinieren mehr als 30 Jahre Erfahrung und die Führungsrolle in der Offshore-Windindustrie,
von Siemens Gamesa mit der Expertise von Siemens Energy bei Elektrolyseuren. Gemeinsam
bringen wir brillante Köpfe und Spitzentechnologien zusammen, um die Klimakrise zu adressieren.
Unsere Windturbinen spielen eine große Rolle bei der Dekarbonisierung des globalen
Energiesystems. Die direkte Umwandlung von Windenergie in Wasserstoff ermöglicht uns dies auch
für Industrien tun zu können, die sich nur schwer dekarbonisieren lassen. Ich bin stolz, dass unsere
Mitarbeiter Teil der Gestaltung einer grüneren Zukunft sind", sagte Andreas Nauen, CEO von
Siemens Gamesa.


Christian Bruch, CEO von Siemens Energy, erklärte: „Gemeinsam mit Siemens Gamesa sind wir in
einer einzigartigen Position, um diese bahnbrechende Lösung in Angriff zu nehmen. Wir sind das
Unternehmen, das seine hochflexible Elektrolyseur-Technologie nutzen kann, um die Zukunft der
nachhaltigen Offshore-Energieerzeugung zu gestalten und neu zu definieren. Mit diesen
Entwicklungen erschließen wir Regionen mit reichlich Offshore-Windenergie für die
Wasserstoffwirtschaft. Dies ist ein Paradebeispiel dafür, wie wir Windenergie speichern und
transportieren können, um so den CO2-Fußabdruck der Wirtschaft zu reduzieren."

 

 

 



 

Wasserstoff und seine Rolle bei der Energiewende


Derzeit werden jährlich 80 Millionen Tonnen Wasserstoff produziert. Mehrere Schätzungen gehen
davon aus, dass die Produktion bis 2030 um etwa 20 Millionen Tonnen ansteigt. Nur ein Prozent
dieses Wasserstoffs wird derzeit aus grünen Energiequellen erzeugt. Der Großteil wird aus Erdgas
und Kohle gewonnen, wodurch 830 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr ausgestoßen werden.

 

 

Zum Vergleich: Das ist mehr, als Deutschland oder die weltweite Schifffahrtsindustrie pro Jahr
emittieren. Um diesen umweltschädlichen Verbrauch zu ersetzen, wären 820 Gigawatt (GW)
Leistung an Windkraft erforderlich, 26 % mehr als die derzeit weltweit insgesamt installierte
Windkraftleistung. Viele Studien deuten darauf hin, dass die Wasserstoffproduktion bis zum Jahr
2050 auf etwa 500 Millionen Tonnen ansteigen wird, mit einer deutlichen Verlagerung hin zu
grünem Wasserstoff. Das erwartete Wachstum wird bis 2050 zwischen 1.000 GW und 4.000 GW an
erneuerbarer Leistung erfordern, um die Nachfrage zu decken.

 

(Quelle: gekürzte Presseinformation von Siemens Energy und Siemens Gamesa)

Siemens Gamesa wird die die leistungsstärkste Offshore-Turbine der Welt, die SG14-222 DD, so
anpassen, dass ein Elektrolysesystem nahtlos in den Betrieb der Turbine integriert werden kann. Das
umfassende Wissen und die jahrzehntelange Erfahrung von Siemens Gamesa mit Offshore-
Windkraftanlagen ermöglichen es dabei, elektrische Verluste auf ein Minimum zu reduzieren. Ein
modularer Ansatz gewährleistet einen zuverlässigen und effizienten Betriebsaufbau für eine
skalierbare Offshore-Wind-zu-Wasserstoff-Lösung. Siemens Energy wird dafür eine neue Elektrolyse-
Plattform entwickeln. Diese wird nicht nur den Anforderungen der rauen maritimen Offshore-
Umgebung gerecht werden und perfekt mit der Windturbine synchronisiert sein, sondern
gleichzeitig auch einen neuen Wettbewerbs-Benchmark für grünen Wasserstoff setzen.

 

Die am Ende vollständig integrierte Offshore-Wind-Wasserstoff-Lösung wird grünen Wasserstoff mit
Hilfe eines Elektrolyseur-Arrays produzieren, das sich am Fuß des Turms der Offshore-Windturbine
befindet. Die Entwicklung dient als Test für eine kosteneffiziente Wasserstoffproduktion im
industriellen Maßstab. Sie wird die Machbarkeit einer zuverlässigen, effektiven Einbindung von
Windturbinen in Systeme zur Erzeugung grünen Wasserstoffs belegen.

H2Giga

Serienfertigung der Elektrolyseure zur Wasserstoff-Herstellung

Um Deutschlands Bedarf an Grünem Wasserstoff decken zu können, braucht es große Kapazitäten an leistungsfähigen, kostengünstigen Elektrolyseuren. Zwar sind bereits heute leistungsfähige Elektrolyseure am Markt – allerdings erfolgt ihre Herstellung noch immer größtenteils in Handarbeit. Das Leitprojekt H2Giga wird daher die serienmäßige Herstellung von Elektrolyseuren unterstützen.

 

Wie hoch genau Deutschlands Bedarf an Grünem Wasserstoff zukünftig sein wird, ist derzeit noch nicht absehbar. Klar ist allerdings, dass der Bedarf mehrere Millionen Tonnen Wasserstoff jährlich betragen wird. Ziel der aktuellen Nationalen Wasserstoffstrategie ist der Aufbau von mindestens 10 Gigawatt Elektrolyse-Kapazität bis 2030 allein in Deutschland.

Dafür braucht es effiziente, langlebige, robuste, günstige und skalierbare Elektrolyseure. Zwar sind bereits heute große Elektrolyseure auf dem Markt, die effizient und über lange Zeiträume arbeiten, allerdings erfolgt ihre Herstellung noch immer größtenteils in Handarbeit. Das ist zeitaufwändig, kostenintensiv und fehleranfällig. Was es da braucht, ist die serienmäßige Herstellung von Elektrolyseuren, die modular an ihre jeweiligen Einsatzorte angepasst werden können.

 

In Serie hergestellte Elektrolyseure sind zudem notwendig, um Grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig zu machen.

Das Leitprojekt H2Giga verschreibt sich daher der Entwicklung serieller Produktion von Elektrolyseuren – und das technologieoffen. Gemeinsam bringen etablierte Elektrolyseur-Hersteller, Zulieferer aus verschiedenen Technologiebereichen, darunter viele mittelständische und kleine Unternehmen, sowie Forschungseinrichtungen und Universitäten bestehende Elektrolyse-Technologien weiter voran. Folgende Technologien sollen anschließend reif für’s Fließband sein:

Forschungsseitig soll zudem

 

                die Elektrolyse mit anionenleitender Membran (AEM) weiterentwickelt werden.

 

All diesen Verfahren ist gemein, dass sie Wasser mithilfe von erneuerbarem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff auftrennen – der Unterschied der Verfahren liegt in der Art, wie genau das geschieht.

 

Dabei sind die verschiedenen Elektrolyseur-Typen jeweils für spezielle Einsatzgebiete besonders geeignet. Deshalb wird die Entwicklung und Skalierung der einzelnen Technologien mit den Branchen abgestimmt, in denen sie anschließend zum Einsatz kommen. Zudem soll das Leitprojekt einen ständigen Austausch zwischen Wirtschaft und Wissenschaft gewährleisten, wobei die Wirtschaft ihre Bedarfe und Wissenslücken an die Wissenschaft kommuniziert.

 

So sollen zeitnah effiziente Produktionsverfahren entwickelt werden, die auch Aspekte wie Recycling und einen flexiblen Betrieb berücksichtigen. Flexibel bedeutet, dass Elektrolyseure möglichst schnell an- und ausgeschaltet werden können und dass sie auf unterschiedlichen Leistungsniveaus gefahren werden können.

 

Ein Innovationspool soll zudem garantieren, dass H2Giga seine Innovationsfähigkeit auch mit Blick auf die Zukunft nicht verliert. Des Weiteren wird das Leitprojekt für Ausbildung sowie Weiterbildung sorgen und somit auch zukünftig eine Vielzahl an Arbeitsplätzen schaffen.

 

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

 

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

TransHyDE

Wie TransHyDE eine Wasserstoff-Infrastruktur entwickeln will

 

Erst eine geeignete Transport-Infrastruktur gewährleistet eine erfolgreiche Wasserstoffwirtschaft. Import, örtliche Verteilung und Speicherung verlangen nach unterschiedlichen Ansätzen. TransHyDE entwickelt Technologien für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff weiter und testet sie. Für jeden Einsatzzweck soll am Ende die richtige Technologie gefunden werden.

 

Konkret betrachten die TransHyDE-Projekte den Transport von

 

-gasförmigem Wasserstoff in Pipelines und Hochdruckbehältern, den Transport von

-flüssigem Wasserstoff sowie den Transport von

-in Ammoniak oder LOHC chemisch gebundenem Wasserstoff.

 

Außerdem prüft TransHyDE, ob und wie LNG-Terminals auf wasserstoffbasierte Energieträger umgerüstet werden könnten. Die Erkenntnisse aller TransHyDE-Projekte münden in Handlungsempfehlungen für die nationale Wasserstoff-Infrastruktur. Dazu werden unter anderem übergreifende regulatorische Rahmenbedingungen, Standards und Zertifizierungsmöglichkeiten analysiert sowie Lücken identifiziert.

 

Transport von gasförmigem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff könnte in Zukunft gasförmig – per Pipeline oder im Hochdruckbehälter – transportiert werden. Das TransHyDE-Projekt GET H2 erforscht dafür auf einem Testfeld, wie vorhandene Erdgas-Leitungen umgestellt werden können. Gleichzeitig entwickelt das Projekt geeignete Materialien für neue Wasserstoff-Pipelines. Als Zwischenspeicher und dezentrale Transportmöglichkeit könnten sich Hochdruckspeicher eignen. Zum Beispiel Kugelspeicher, wie sie das TransHyDE-Projekt Mukran entwickeln möchte.

 

Damit Pipelines sicher verwendet und Lecks frühzeitig erkannt werden können, arbeitet das TransHyDE-Projekt Sichere Infrastruktur an Methoden der Gas-Sensorik. Mit einem Hochdruckprüfstand und einem Pipeline-Testnetz prüft es die gewonnenen Erkenntnisse unter Praxis-Bedingungen.

 

Transport von flüssigem Wasserstoff

Ein Liter flüssiger Wasserstoff (bei –252,9 °C) enthält etwa 800-mal mehr Energie als ein Liter gasförmiger Wasserstoff (bei Raumtemperatur). Deshalb wird bereits heute Wasserstoff zum Transport und zur Speicherung verflüssigt – zum Beispiel für Wasserstoff-Tankstellen. In einem zukünftigen Wasserstoffnetz eignen sich große Flüssigwasserstoff-Speicher daher auch zum Ausgleich von Bedarfsschwankungen. Die Verflüssigung von Wasserstoff und die Speicherung von Flüssigwasserstoff sind etablierter Stand der Technik. Dennoch besteht weiterer Forschungsbedarf, zum Beispiel zur Effizienzsteigerung, zur Skalierung der Anlagen und zu positiven Wechselwirkungen mit dem weiteren Energiesystem.

 

Hier setzt das TransHyDE-Projekt AppLHy! an. Es untersucht unter anderem, wie man die Kälte des Flüssigwasserstoffs für die Industrie oder zur effizienten Stromleitung nutzen könnte.

 

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

Transport von chemisch gebundenem Wasserstoff

Eine weitere Möglichkeit des Wasserstoff-Transports, der vor allem über große Entfernungen favorisiert wird, ist seine Bindung an andere Moleküle. So entstehen Verbindungen, die sich einfacher transportieren lassen. Zur Nutzung des Wasserstoffs muss dieser für die meisten Anwendungen nach dem Transport jedoch wieder aus den Verbindungen gelöst werden. In TransHyDE werden zwei Möglichkeiten dieser Art des Wasserstoff-Transports näher beleuchtet: Ammoniak und LOHC.

Ammoniak ist eine Stickstoff-Wasserstoff-Verbindung, die in großen Mengen in der Landwirtschaft und Industrie eingesetzt wird. Im Umgang mit dieser Chemikalie gibt es somit bereits einen großen Erfahrungsschatz. In TransHyDE beschäftigen sich zwei Projekte mit Fragestellungen zur Nutzung von Ammoniak als Treibstoff für die Anwendung auf Schiffen und in Flugzeugen

 

Offene Fragen, an denen das TransHyDE-Projekt AmmoRef arbeitet, beziehen sich vor allem auf die effiziente und kostengünstige Herauslösung des Wasserstoffs aus Ammoniak. Passend dazu möchte das TransHyDE-Projekt CAMPFIRE die gesamte Transportkette mit Grünem Ammoniak demonstrieren. Dabei geht es unter anderem um die Schiff-zu-Schiff-Betankung.

 

LOHC ist eine organische Trägerflüssigkeit, die Wasserstoff chemisch an sich binden und wieder freisetzen kann, Hydrierung und Dehydrierung genannt. Sie ist eine weitere große Hoffnung für den Wasserstoff-Transport über lange Strecken. Das TransHyDE-Projekt Helgoland erforscht deshalb die gesamte Transportkette: von der Bindung von Wasserstoff an LOHC bis zur Trennung.

 

Rahmenbedingungen für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff

Viele der Technologien zum Wasserstoff-Transport sind bislang noch nicht ausgereift und werden zurzeit experimentell oder kleinskalig umgesetzt. Unklar ist außerdem auch, ob Import-Infrastrukturen, wie die geplanten LNG-Terminals, in Zukunft für wasserstoffbasierte Energieträger genutzt werden können. Feststeht jedoch, dass für jede Form der Speicherung und des Transports von Wasserstoff, Ammoniak, LOHC und weiteren wasserstoffbasierten Energieträgern geeignete Rahmenbedingungen benötigt werden. TransHyDE analysiert daher den systemischen Rahmen und identifiziert Gestaltungsbedarfe. Die Ergebnisse aller TransHyDE-Projekte münden in Handlungsempfehlungen. Sie enthalten unter anderem Anpassungsbedarfe zu Standards, Normen und Zertifizierungsoptionen von Wasserstoff-Speicher- und -Transport-Technologien.

 

(Quelle: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Referat 722: "Energie; Wasserstofftechnologien")

Da für jede Speicher- und Transportoption Rahmenbedingungen benötigt werden, beschäftigen sich auch weitere TransHyDE-Projekte mit den notwendigen Bedingungen für die jeweils betrachtete Option.

Die zehn TransHyDE-Projekte bearbeiten unterschiedliche Fragestellungen und sind in ihren Arbeiten eigenständig. Dennoch profitieren sie von dem engen Austausch untereinander. Damit dieser koordiniert und sichergestellt wird, gibt es das TransHyDE-Projekt Kommunikation und Koordination. Hier laufen die Fäden der Plattform zusammen. Das Projekt koordiniert die interne und externe Kommunikation, seine Koordinatoren repräsentieren TransHyDE außerdem nach außen.

 

Kerndaten:
Förderung: circa 145 Mio. Euro
Partner: 89
Assoziierte Partner: 20
Laufzeit: 04.2021 – 03.2025

 

(Quelle:  https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/startseite )