Wind und Sonne im Tank: Wasserstoff ist die derzeit vielversprechendste Form, überschüssigen

Wind und Sonne im Tank: Wasserstoff ist die derzeit vielversprechendste Form, überschüssigen EE-Strom zwischenzuspeichern (Bild: Linde).

von Michaela Neuner

(ks). Die Idee ist bestechend: Überschüssigen Wind- und Sonnenstrom per Elektrolyse in Wasserstoff umwandeln, diesen beispielsweise im Gasnetz speichern und bei Bedarf jederzeit wieder abrufen und rückverstromen. ‚Power-to-Gas‘ heißt das Konzept, das mittlerweile an einer ganzen Reihe von Standorten in Deutschland getestet wird. Es steht und fällt mit einer Schlüsseltechnologie: der Wasserstoff-Elektrolyse. Im Rennen sind derzeit zwei Verfahren, die alkalische und die Protonen-Membran-Austausch-Elektrolyse (PEM).

Die PEM-Elektrolyse ist im Moment noch deutlich teuerer als die alkalische, auch aufgrund der Katalysatoren aus Edelmetall: Bei der PEM-Elektrolyse trennt eine protonenleitende Membran die Bereiche, in denen Sauerstoff und Wasserstoff entstehen. Die mit einer Spannungsquelle verbundenen Platin- oder Rhodium-Elektroden sind zu beiden Seiten der Membran angebracht. Anders als alkalische können PEM-Elektrolyseure mit dem bis zu dreifachen Wert ihrer Nennleistung belastet werden. Neben ihrer hohen Dynamik haben sie zudem den Vorteil, dass sie nicht auf einer bestimmten Betriebstemperatur gehalten werden müssen, sondern vollständig abschaltbar sind und vor dem Einschalten keine Vorwärmphase brauchen.

Ein wesentlicher Vorteil der alkalischen Elektrolyseure: Im Gegensatz zu PEM-Elektrolyseuren funktionieren sie bereits im Megawatt-Bereich. So läuft seit Ende 2011 das Enertrag-Hybridkraftwerk in der Uckermark mit einem 600-kW-Elektrolyseur, der stündlich 120 Nm3 liefern kann. Er diente als Prototyp für drei Zwei-MW-Elektrolyseure, die Enertag ein knappes Jahr später auslieferte: „Mit dem atmosphärischen Elektrolyseur in Prenzlau haben wir das Know-how erworben, um den Ansprüchen eines Kunden entsprechen zu können, der eine zehnmal größere Leistung mit sechs Megawatt und 1 000 Normkubikmetern Wasserstoff pro Stunde in Auftrag gab“, berichtet Michael Wenske von Enertrag.

Siemens arbeitet seit 1998 an der Entwicklung von PEM-Elektrolyseuren und testet derzeit am RWE-Standort Niederaußem eine Anlage mit 0,3 MW Spitzenleistung, die pro Stunde zwei bis sechs Kilogramm Wasserstoff produziert. Um diese Technologie auch im großen Maßstab nutzen zu können, seien freilich noch „einige Entwicklungsschritte“ zu bewältigen, so Siemens. Sie müsse robuster werden, vor allem aber sei die Konstruktion des Elektrolyseurs weiter zu verbessern, damit die Kosten deutlich reduziert werden können. „Mittelfristig wollen wir die Kosten durch ein geändertes Design, günstigeres Material und industrialisierte Fertigungsprozesse senken“, verrät Gaelle Hotellier, Leiterin von Siemens Hydrogen Solutions.

Um die Kosten für Elektrolyse-Anlagen grundsätzlich zu senken und den Weg für eine Serienproduktion zu ebenen, schlägt Andreas Brinner vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart eine Modularisierung vor: die Aufteilung der Anlage in autonom funktionierende Subsysteme – von der Kühlanlage bis zum Elektrolyse-Kernkreislauf. Gleichzeitig müsse der Know-how-Transfer besser werden, findet Brinner. Derzeit ist die Wasserstofferzeugungsanlage Sache eines Herstellers, der sich die Komponenten anhand seiner Spezifikationen bei mehr oder minder spezialisierten Lieferanten einkauft. „Warum das Gesamtsystem funktioniert und was passiert, wenn Änderungen nötig sind, das ist sein Geheimnis“, erklärt er.

Sollen Elektrolyseure jedoch nicht mehr wie bisher als einzelne Anlagen sondern in Serie hergestellt werden, sei es nötig, den Herstellern der Subsysteme mehr Know-how zu übertragen: „Wir dürfen das Geheimnis der Wasserstofferzeugung nicht für uns behalten, sondern wir müssen das so ausbreiten, dass die verschiedenen spezialisierten Hersteller ihren Anteil verstehen“, sagt Brinner.

aus Produktion Nr. 13, 2013