Erzeugung grüner Wasserstoff

Power-to-Gas

Aus grünem Strom wird grüner Wasserstoff

Ei­ne gro­ße He­raus­for­de­rung der Ener­gie­wen­de ist die vo­la­ti­le Ein­spei­sung von re­ge­ne­ra­tiv er­zeug­tem Strom. Schon heu­te ist re­gi­o­nal mehr Elek­tri­zi­tät vor­han­den, als das Strom­netz auf­neh­men kann. Die Fol­ge: Wind­parks müs­sen kurz­fris­tig ab­ge­re­gelt wer­den. Die­se Zei­ten eig­nen sich be­son­ders gut für die Pro­duk­ti­on von grü­nem Was­ser­stoff: Statt den Strom aus Wind und Son­ne ab­zu­re­geln, wird er zur Pro­duk­ti­on von grü­nem Was­ser­stoff ge­nutzt, der dann in das Gas-Netz ein­ge­speist wer­den kann.

Herstellung: Wie wird grüner Wasserstoff erzeugt?

Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt?

Die Her­stel­lung von grü­nem Was­ser­stoff er­folgt durch die Power-to-Gas-Tech­no­lo­gie. Was­ser (H2O) wird in Elek­tro­ly­seu­ren durch eine elek­tri­sche Span­nung in Was­ser­stoff (H2) und Sau­er­stoff (O2) auf­ge­spal­ten. Wird für die Elek­tro­ly­se Strom aus er­neu­er­ba­ren Quel­len ver­wen­det, wer­den kei­ne Treib­haus­ga­se bei der Er­zeu­gung von Was­ser­stoff aus­ge­sto­ßen, er ist al­so CO2-frei und wird dann grü­ner Was­ser­stoff ge­nannt.

Der grü­ne Was­ser­stoff kann ent­we­der di­rekt ins Gas-Netz ein­ge­speist wer­den – nach den ak­tu­el­len Vor­ga­ben darf die Bei­mi­schung bis zu 10 Pro­zent be­tra­gen – oder er wird zu syn­the­ti­schem Gas wei­ter­ver­ar­bei­tet, das un­be­grenzt bei­ge­mischt wer­den kann. Hier­zu wird der re­ge­ne­ra­tiv ge­won­ne­ne Was­ser­stoff mit Koh­len­di­o­xid (CO2), z. B. aus ei­ner be­nach­bar­ten Bio­gas-An­la­ge mit­tels Me­than­syn­the­se zu er­neu­er­ba­rem Gas (CH4) um­ge­wan­delt. Als Bei­pro­dukt ent­steht H2O – Was­ser.

Die Ef­fi­zienz der Power-to-Gas-Tech­no­lo­gie hat sich ste­tig ver­bes­sert. Auch, da die Gas-Wirt­schaft in den ver­gan­ge­nen Jah­ren er­heb­li­che In­ves­ti­ti­o­nen in die Er­for­schung und Wei­ter­ent­wick­lung zur ef­fi­zien­ten Er­zeu­gung von grü­nem Was­ser­stoff ge­tä­tigt hat. Mit Er­folg: In ak­tu­el­len For­schungs­pro­jek­ten wei­sen Was­ser­stoff-Elek­tro­ly­seu­re be­reits ei­nen Wir­kungs­grad von 95 Pro­zent auf. So kann die De­kar­bo­ni­sie­rung be­schleu­nigt und grü­ner Was­ser­stoff schnell markt­fä­hig ge­macht wer­den.

Hocheffizienz-Elektrolyseur

In ih­nen wird kli­ma­neu­tra­les Gas er­zeugt. Herz­stück der Power-to-Gas-Tech­no­lo­gie ist der Elek­tro­ly­seur, der Was­ser mit­hil­fe von er­neu­er­ba­rem Über­schuss-Strom in Was­ser­stoff und Sau­er­stoff auf­spal­tet. Die Tech­no­lo­gie ist das ver­bin­den­de Ele­ment zwi­schen Strom- und Gas-In­fra­struk­tur.

Bei der Elek­tro­ly­se wird die che­mi­sche Ver­bin­dung H2O (Was­ser) mit­hil­fe elek­tri­schen Stroms in die Be­standteile Wasserstoff (H2) und Sau­er­stoff (O2) zer­legt. Die wich­tigs­te An­wen­dung von Elek­tro­ly­se ist zur Ge­win­nung von Was­ser­stoff.

Was­sers­toff (H2) und Koh­len­di­o­xid (CO2) rea­gie­ren zu Me­than (CH4) und Was­ser (H2O). Für die Me­tha­ni­sie­rung kann schwer­ver­meid­ba­res CO2 aus z. B. in­dus­tri­el­len Pro­zes­sen ver­wen­det wer­den. Es gibt be­reits auch Pro­zes­se zur bio­lo­gi­schen Me­tha­ni­sie­rung durch Mi­kro­or­ga­nis­men. Das so ent­ste­hen­de syn­the­ti­sche Gas kann in un­be­grenz­ten Men­gen in die be­ste­hen­de Gas-In­fra­struk­tur ein­ge­speist wer­den.

Biologische Methanisierung

Ver­schie­de­ne Power-to-Gas-An­la­gen ha­ben die tech­ni­sche Mach­bar­keit be­reits un­ter Be­weis ge­stellt. In zahl­rei­chen For­schungs- und Pi­lot­an­la­gen wird das Strom-zu-Gas-Ver­fah­ren wei­ter­ent­wi­ckelt.

Der Ener­gie­kon­zern Uniper hat be­reits vor Jah­ren be­wie­sen, dass Was­ser­stoff aus er­neu­er­ba­ren Ener­gien funk­ti­o­niert. Im bran­den­bur­gi­schen Fal­ken­ha­gen wur­de 2013 die in­ter­na­ti­o­nal ers­te De­mons­tra­ti­ons­an­la­ge zur Spei­che­rung von Wind­strom im Erd­gas­netz er­rich­tet. Der Strom aus der Wind­kraft­an­la­ge wird in ei­nem Elek­tro­ly­se­pro­zess in rund 360 Nm³/h Was­ser­stoff um­ge­wan­delt, der in das Fern­gas­netz ein­ge­speist wer­den kann.

Das Pro­jekt AquaVentus bie­tet von Hel­go­land aus hi­naus in die Deut­sche Bucht ein op­ti­ma­les und ska­lier­ba­res Pro­jekt, um die deut­schen und eu­ro­pä­i­schen Kli­ma­zie­le zu er­rei­chen. 10 Gi­ga­watt Er­zeu­gungs­leis­tung für grü­nen Was­ser­stoff aus Off­shore-Wind­ener­gie bis zum Jahr 2035. Füh­ren­de Un­ter­neh­men, For­schungs­in­sti­tu­te und Ver­bän­de ent­lang der ge­sam­ten Wert­schöp­fungs­ket­te eb­nen mit AquaVentus den Weg, die Wirt­schaft schnell und um­welt­freund­lich jähr­lich mit ei­ner Mil­li­on Ton­nen grü­nem Was­ser­stoff aus der Nord­see zu ver­sor­gen.

In fast je­dem Bun­des­land exis­tie­ren mitt­ler­wei­le An­la­gen – ei­ne Ge­samt­über­sicht al­ler grü­nen-Gas-Pro­jek­te fin­den Sie auf der in­ter­ak­ti­ven "Gas kann grün"-Kar­te.

Grünes-Gas-Projekte

Zehn Gigawatt an Elektrolyseleistung für grünen Wasserstoff bis 2030

Bis 2030 soll die Was­ser­stoff­pro­duk­ti­on in Deutsch­land 10 Gi­ga­watt ins­tal­lier­te Leis­tung er­rei­chen. Die Pro­duk­ti­ons­ka­pa­zi­tä­ten ent­wi­ckeln sich kon­ti­nu­ier­lich. Al­ler­dings ist ein deut­lich stär­ke­rer Aus­bau not­wen­dig, um das Ziel zu er­rei­chen.

Im Jahr 2022 be­trug die deut­sche ins­tal­lier­te Pro­duk­ti­ons­leis­tung für Was­ser­stoff 0,08 Gi­ga­watt. Zahl­rei­che Pro­jek­te be­fin­den sich in der Plan­ungs­pha­se. Bei ent­spre­chen­der Um­set­zung steigt die ins­tal­lier­te Leis­tung auf 4,3 Gi­ga­watt im Jahr 2030. Das be­deu­tet: Das Ziel der Bun­des­re­gie­rung (10 Gi­ga­watt) wür­de mit den bis­lang pro­jek­tier­ten An­la­gen nicht er­reicht.

Die installierte Elektrolyseleistung muss deutlich ausgebaut werden.

In ab­so­lu­ten Zah­len gab es 2022 rund 50 Power-to-Gas-An­la­gen in Deutsch­land, die grü­nen Was­ser­stoff pro­du­zier­ten. Die meis­ten von ih­nen sind De­mons­tra­ti­ons- oder For­schungs­an­la­gen. An­de­re sind aus For­schungs­pro­jek­ten her­vor­ge­gan­gen. Vor al­lem grö­ße­re Pro­duk­ti­ons­stät­te sind der­zeit noch in der Pla­nung oder am An­fang der Bau­pha­se. Deutsch­land braucht da­her drin­gend ei­nen Tur­bo, um die Was­ser­stoff­wirt­schaft in Gang zu brin­gen.

Expertenthema

Vorteile von Power-to-Gas nutzen

Power-to-Gas wird durch sei­ne Spei­cher­funk­ti­on zum Jo­ker der Ener­gie­wen­de. Die An­la­gen sind sehr fle­xi­bel und kön­nen bei wet­ter­be­ding­ten Spit­zen in der Strom­er­zeu­gung schnell hoch­ge­fah­ren wer­den. Durch die Um­wand­lung von grü­nem Strom in grü­nen Was­ser­stoff kön­nen er­neu­er­ba­re Ener­gien über die be­ste­hen­de Gas-In­fra­struk­tur trans­por­tiert und an an­de­rer Stel­le wie­der ver­füg­bar ge­macht wer­den. Das mil­dert den Aus­bau­druck bei den Strom­tras­sen. Schwer zu elek­tri­fi­zie­ren­de in­dus­tri­el­le Pro­zes­se lie­ßen sich künf­tig kli­ma­freund­lich ge­stal­ten. So geht Ener­gie­wen­de – mit­ein­an­der, nicht ge­gen­ein­and­er.

Noch sind die Kosten hoch

In ei­ner Ton­ne grü­nen Was­ser­stoff sind 33.330 Ki­lo­watt­stun­den Ener­gie ent­hal­ten. Die Her­stel­lung ist al­ler­dings noch sehr kos­ten­in­ten­siv. Klar ist: Die Mas­sen­pro­duk­ti­on leis­tungs­star­ker Elek­tro­ly­seu­re in Ver­bin­dung mit güns­ti­gem er­neu­er­ba­rem Strom wird mit­tel- bis lang­fris­tig die Ent­ste­hungs­kos­ten für grü­nen Was­ser­stoff sen­ken. Au­ßer­dem wird der Be­darf wei­ter stei­gen.

Um die­sen zu­künf­tig ho­hen Be­darf an Was­ser­stoff de­cken zu kön­nen, braucht es vor al­lem in der EU ver­läss­li­che Part­ner für die Ge­win­nung und den Trans­port von Was­ser­stoff so­wie Ko­ope­ra­ti­o­nen und Im­port­struk­tu­ren. Das bie­tet auch die Chan­ce zum Aus­bau des EU-wei­ten Ener­gie-Bin­nen­mark­tes und zur Ko­ope­ra­ti­on mit son­nen- und wind­rei­chen Ent­wick­lungs­län­dern, die ein gro­ßes Po­ten­zi­al im Be­reich er­neu­er­ba­rer Ener­gien ha­ben, heißt es in der na­ti­o­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie. Von ih­nen könn­te Deutsch­land den wert­vol­len grü­nen Was­ser­stoff im­por­tie­ren, um die ei­ge­ne Pro­duk­ti­on auf­zu­sto­cken.

Auch die Gas-In­fra­struk­tur wird sich da­für wan­deln müs­sen und ist The­ma der na­ti­o­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie der Bun­des­re­gie­rung. Aber auch ei­ne größt­mög­li­che Viel­falt in der Was­ser­stoff­er­zeu­gung ist not­wen­dig, um z. B. den CO2-Aus­stoß der In­dus­trie so schnell wie mög­lich zu re­du­zie­ren. Um den Hoch­lauf der Was­ser­stoff­wirt­schaft zu be­schleu­ni­gen, müs­sen auch an­de­re CO2-ar­me Her­stel­lungs­pro­zes­se von Was­ser­stoff ge­nutzt wer­den. Zum Bei­spiel die Me­than­py­ro­ly­se, tür­ki­ser Was­ser­stoff, oder die Dampf­re­for­mie­rung in Ver­bin­dung mit CCS, so­ge­nann­ter blau­er Was­ser­stoff.

H2-Herstellung durch Pyrolyse

Türkiser Wasserstoff

CO2 wird dau­er­haft als fes­tes Gra­nu­lat ge­bun­den.

Methan-Pyrolyse
Blauer Wasserstoff für die Industrie

Blauer Wasserstoff

Wirt­schaft­li­ches Ver­fah­ren für H2 für die In­dus­trie.

Dampfreformierung
Steckbrief Wasserstoff

Wissenswertes zu Wasserstoff

Wasserstoff gilt als Schlüsselelement für die Energiewende. In unserem Steckbrief Wasserstoff finden Sie alles Wissenswertes.

Download Steckbrief
Cookies / Datenschutz
Verwalten Sie Ihre Cookie-Einstellungen
Wir verwenden Cookies, um Ihnen eine optimale Nutzung unseres Internetangebots zu ermöglichen. Dazu zählen Cookies, die für den sicheren und technischen Betrieb der Website notwendig sind, sowie solche, die zu anonymen Statistikzwecken genutzt werden. Einige Informationen zur Verwendung unserer Website geben wir an Partner für soziale Medien und Werbung weiter. Unsere Partner führen diese Informationen möglicherweise mit weiteren Daten zusammen, die Sie ihnen bereitgestellt haben oder die sie im Rahmen Ihrer Nutzung der Dienste gesammelt haben.

In den folgenden Cookie-Zustimmungsoptionen können Sie die Cookies verwalten und zusätzliche Kategorien zulassen. Indem Sie auf den Button "Alle Cookies akzeptieren" klicken, werden alle Kategorien von Cookies aktiviert. Ihre Einwilligung können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Weitere Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.
Ihre Auswahl:
Impressum Datenschutzerklärung