Wasserstoff: Elektrolyse-Grossanlage bei Hamburg geplant

Die Stadt Hamburg plant den Bau eines Elektrolyseurs zur Erzeugung von grünem Wasserstoff. Die Anlage mit einer Leistung von mindestens 100 Megawatt will das städtische Unternehmen Wärme Hamburg zusammen mit den Industriepartnern Shell, Vattenfall und Mitsubishi Heavy Industries bauen.

Quelle: ivan timov, unsplash.com

Damit wäre die Anlage eine der grössten ihrer Art in Europa. Dazu sei eine Absichtserklärung unterzeichnet worden, teilen die Unternehmen mit. Vorbehaltlich einer finalen Investitionsentscheidung solle die Wasserstofferzeugung am Kraftwerksstandort in Hamburg-Moorburg im Jahr 2025 starten. Der Antrag dafür soll mit einer ersten Projektskizze noch im ersten Quartal gestellt werden.

Drehscheibe für Wasserstoffwirtschaft

Moorburg verfügt über ideale Voraussetzungen für die weitere Nutzung. Das heutige Kraftwerksgelände liegt am seeschifftiefen Wasser, sodass Wasserstoff auch per Schiff angeliefert werden kann. Denkbar sei dort ausserdem eine Energieerzeugung aus Biomasse. Bis spätestens 2030 soll ein Grossteil der Industrieunternehmen in der Region über das Netz mit zunächst 45 Kilometern Länge mit klimaneutralem Wasserstoff versorgt werden. Das Gasleitungsnetz soll dazu ab sofort für Wasserstoff ausgebaut werden.

Vorgesehen ist zudem die Entwicklung des Standorts zu einem sogenannten «Green Energy Hub» und zu einer Drehscheibe der Wasserstoffwirtschaft werden. Wasserstoff hat für die deutsche Regierung zentrale Bedeutung bei der Energiewende und der Dekarbonisierung von Industrie, Verkehr und der Gebäudenutzung.

Wasserstoff mit Windkraft

Am heutigen Kraftwerksstandort Hamburg-Moorburg wollen die vier Unternehmen gemeinsam Wasserstoff aus Wind- und Solarkraft gewinnen. Das flüchtige Gas soll fossile Brennstoffe wie Erdgas und Erdöl ersetzen und zugleich eines der grossen Probleme der Energiewende lösen helfen: die Speicherung der unstet verfügbaren Energie aus Wind und Sonne. Strom aus erneuerbaren Energiequellen fällt vor allem von Windturbinen in der Nordsee an. Bei einem Produktionsüberschuss könnte erneuerbare Energie mit Hilfe des geplanten Elektrolyseurs in Wasserstoff umgewandelt und somit gespeichert werden.

Energie für Fahrzeuge und Gebäude

Der Energieträger kann künftig Brennstoffzellenfahrzeuge antreiben. Der elektrische Strom dafür liefert der Wasserstoff durch Umkehrung der Elektrolyse. Wasserstoff und Luftsauerstoff reagieren dann zu Wasser, was Wärme und elektrische Energie freisetzt. Die Brennstoffzellentechnik hat aber auch Potenzial für die Energieversorgung von Einfamilienhäusern und kleineren Mehrfamilienhäusern sowie von Gewerbebetrieben. Hochtemperatur-Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen könnten Gebäude mit Wärme und elektrischer Energie versorgen.

Quelle: Hamburg Green Hydrogen Hub

Strom von den Offshore-Windparks in der Nordsee wird der Anlage in Moorburg für die Produktion von Wasserstoff zur Energiespeicherung zugeführt. Das flüchtige Gas kann dann wieder verstromt oder für Wärmeanlagen genutzt werden.

Drei wichtige Elektrolyse-Verfahren

Die am Bau beteiligten Industriepartner bemühen sich um Fördermittel, mit denen die EU Projekte von gemeinsamem europäischem Interesse (IPCEI) anschiebt. Zu den wichtigsten Wasserelektrolysetechnologien zählen die alkalische Elektrolyse (AEL), Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse (PEMEL) und Feststoff-Oxid-Hochtemperatur-Elektrolyse (Solid Oxid Electrolysis, SOEL), welche die EU-Kommission in einem Bericht an das Parlament vom letzten Herbst über die Fortschritte bei der Wettbewerbsfähigkeit sauberer Energie nennt.

Bei der alkalischen Elektrolyse (AEL) handelt es sich um eine ausgereifte Technologie. Forschungsschwerpunkte sind der Hochdruckbetrieb und die Kopplung mit dynamischen Lasten, etwa von Windturbinen, bei denen die Windlast wetterbedingt schwankt.

Die Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse (PEMEL) erreicht deutlich höhere Energiedichten als die Verfahren AEL und SOEL. Die Dichte ist das Mass für die Energie pro Raumvolumen eines Stoffes. Aufgrund der höheren Energiedichte lassen sich laut dem Bericht der EU-Kommission die Kapitalkosten weiter senken. Forschungsschwerpunkt der marktreifen Technik sind die Erhöhung der flächenbezogenen Leistungsdichte bei gleichzeitiger Verringerung des kritischen Rohstoffverbrauchs und die dauerhafte Performance.

Die grösste Effizienz weist laut dem Kommissionsbericht das SOEL-Verfahren auf. Der Leistungsbereich der Kleinanlagen, die aber einen Dauerbetrieb und die Koppelung an eine Wärmequelle erfordern, liegt in der Regel bei 100 kW. Insgesamt befindet sich die SOEL-Technik noch in der Entwicklungsphase, obwohl bereits Produkte dieser Kategorie auf dem Markt erhältlich sind.

Skaleneffekte nutzen

Die Kapitalkosten für Elektrolyseure sind laut dem Bericht in den letzten zehn Jahren um 60 Prozent gesunken und dürften sich dank Skaleneffekten bis 2030 im Vergleich zu heute nochmals halbieren. Wasserstoff aus erneuerbaren Energien ist momentan noch teurer als CO2-armer Wasserstoff auf fossilen Energiequellen.

Prognosen gehen aber davon aus, dass 2030 grüner Wasserstoff billiger sein wird als fossiler, wie es im Bericht heisst. Bis es soweit ist, sind noch hohe Investitionen notwendig. Heute stammen weniger als ein Prozent der weltweiten Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Quellen. 

Quelle: Valeriano Di Domenico

Die erste kommerzielle Wasserstofftankstelle des Kantons Zürich befindet sich auf dem Areal der LARAG AG an der Riedgrabenstrasse 26 in Rümlang.

Erste kommerzielle Tankstelle im Kanton Zürich 

Auch in der Schweiz nimmt die Wasserstofftechnik Fahrt auf. In Rümlang wurde diese Woche die erste kommerzielle Wasserstofftankstelle im Kanton Zürich in Betrieb genommen. Ab sofort können Personenwagen und Nutzfahrzeuge mit Brennstoffzellentechnik nachhaltigen und in der Schweiz produzierten Wasserstoff beziehen.

Es ist ein kleiner, aber wichtiger Schritt. Denn ohne die entsprechende Infrastruktur kommt die klimafreundliche Mobilität nicht voran. Der Kanton Zürich hat sich im Verkehrskonzept 2018 das Ziel gesetzt, die Verwendung von umweltfreundlichen Fahrzeugen zu unterstützen.