Um den steigenden Wasserstoffbedarf in Deutschland zu decken und dabei den Klimazielen gerecht zu werden, braucht es Alternativen zu grauem Wasserstoff. „Eine klimafreundliche Alternative ist die Herstellung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse. Dafür brauchen wir erneuerbaren Strom. Wir haben an Land zwar auch Wind und Sonne, aber nicht über lange Zeit mit hoher Intensität, so dass die Zahl der Volllaststunden mit etwa 1.000 für Photovoltaik und 2.000 bis 2.500 für Wind begrenzt ist. Auf hoher See hingegen herrschen bessere Bedingungen zur Stromerzeugung aus Windenergie. Offshore-Windanlagen erzeugen mit bis zu 15 Megawatt Leistung pro Turbine und etwa 4.000 bis 5.000 Vollaststunden mehr und regelmäßiger Strom als die kleineren Onshore-Windanlagen“, erklärt Prof. Dr. Roland Dittmeyer, Leiter des Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT).

Offshore-Windanlagen haben ein enormes Energiepotenzial. Von diesem wollen die Projektpartner in H2Mare Gebrauch machen. Die Idee: Wasserstoff direkt auf See produzieren. „Den Strom aus großen, weit draußen liegenden Offshore-Windparks an Land zu transportieren um dort Elektrolyse zur Wasserstoffherstellung zu betreiben, hat Nachteile: erstens wirtschaftlich, denn man braucht viele teure Stromleitungen, zweitens mit Blick auf die Umweltverträglichkeit, denn diese Kabelsysteme stellen einen großen Eingriff in die maritime Umwelt dar, und drittens technisch, denn große Strommengen in das küstennahe Netz einzuspeisen erfordert einen hohen technischen Aufwand. Warum also nicht direkt dort Wasserstoff herstellen, wo die erneuerbare Energie entsteht“, erklärt Dittmeyer. Um das zu ermöglichen, wollen die Forschenden Wasser-Elektrolyseure direkt mit Offshore-Windkraftanlagen koppeln, die nicht ans Netz angeschlossen werden. Zwei Konzepte werden verfolgt: Eines integriert den Elektrolyseur direkt in die Windturbine, indem am Fuß jeder einzelnen Turbine eine kleine Plattform angebracht wird, auf der bis zu drei kompakte 5 MW Wasser-Elektrolyseure und eine Meerwasserentsalzungsanlage angeordnet werden. Das andere betrachtet die Herstellung von Wasserstofffolgeprodukten wie Methan, Methanol, flüssige Kohlenwasserstoffe und Ammoniak auf einer zentralen, in den Windpark integrierten Offshore-Power-to-X-Plattform. Neben der Beurteilung der technischen und ökonomischen Machbarkeit und der Umweltverträglichkeit der Offshore-Herstellung von Power-to-X-Produkten inklusive der hierfür benötigten Logistik, wollen die Projektpartner ein Konzept für eine Offshore-Forschungsplattform entwickeln, die im Nachgang zum Projekt gebaut werden könnte, um besonders vielversprechende PtX-Verfahren für den Offshore-Einsatz gezielt weiterzuentwickeln. Dafür planen sie auch eine schwimmende Offshore-Versuchsplattform, auf gegen Ende der Projektlaufzeit schon erste Erfahrungen mit dem dynamischen Betrieb einer Power-to-X-Anlage in der realen Umgebung gesammelt werden sollen. „Diese Plattform wird mit einer kompletten Power-to-X-Prozesskette und der erforderlichen Peripherie für einen autonomen Betrieb ausgestattet. Klingt simpel, bringt aber durchaus Herausforderungen mit sich. Zum einen müssen die Anlagen gegen Salzwasser geschützt werden, auch bei schlechtem Wetter. Zum anderen muss eine übergeordnete Steuerung der Gesamtanlage entwickelt werden, zu der auch eine Meerwasserentsalzungsstufe und eine Stufe zur Gewinnung von CO2 aus der Umgebungsluft gehören. Die Gesamtanlage muss mit zeitlich variabler Leistung betrieben werden, wie dies auch bei direkter Kopplung an eine reale Windturbine der Fall wäre.“, beschreibt Dittmeyer die Herausforderungen im Projekt.

Weiterführende Links:

• Projektvideo: https://www.youtube.com/watch?v=aQMH7l8TenQ

Bild: INNOVEN GmbH