Wasserstoff im Fokus – H2iPortKA
Eine erfolgreiche Energiewende erfordert die Kombination von Versorgungssicherheit, Bezahlbarkeit und Umweltverträglichkeit durch innovativen Klimaschutz. Wasserstoff spielt dabei eine zentrale Rolle bei der CO₂-Emissionsreduzierung in Industrie und Verkehr durch erneuerbare Energien. Dieses Ziel verfolgen die Projektpartner in der TechnologieRegion Karlsruhe (TRK) mit dem H2iPortKA.
Ein Modell für die Zukunft
Die TechnologieRegion Karlsruhe hat früh die Bedeutung von Wasserstofftechnologien erkannt und gemeinsam mit anderen Partnern ein Modellprojekt initiiert, das die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft vorantreiben soll. 2021 bildete sich dazu die erste Gruppe von Akteuren, die ein Konzept für eine Wasserstoffmodellregion in Karlsruhe erarbeitete. Ein zentraler Baustein darin war die Entwicklung eines Wasserstoff-Hub im Rheinhafen Karlsruhe. Nach gut eineinhalb Jahren intensiver Arbeit konnte diese anfänglich grobe Idee nun konkretisiert werden. Wir haben nun eine realistische Vorstellung für ein Wasserstoff-Hub in den Rheinhäfen Karlsruhe entwickeln können. Mein Dank gilt allen Akteurinnen und Akteuren bei „H2iPortKA Mod“ die sich hier mit ihrem Know-how eingebracht und vertrauensvoll zusammengearbeitet haben. Insbesondere danke ich dem Projektleiter Dr. Peter Berlet von der IAVF GmbH für seinen unermüdlichen Einsatz und die Übernahme der Gesamtverantwortung in diesem vom Land Baden-Württemberg geförderten Projekt. Ebenso danke ich Prof. Dr. Karsten Pinkwart vom Fraunhofer ICT und der Hochschule Karlsruhe, der dieses Projekt mit initiiert hat. Kern der Modulation ist das außerordentlich fachliche Know-how des Teams von Prof. Dr. Marco Braun von der Hochschule Karlsruhe, das für die Superstruktur und das Rechenmodell Verantwortung getragen hat. Die Vorstellungen der Zwischenergebnisse haben bereits viel Aufmerksamkeit und Interesse an der Übertragung auf andere Regionen erzeugt.
Für mich ergeben sich nach Beendigung des Projekt “H2iPortKA Mod” zwei wesentliche Erkenntnisse: Erstens steht die Wasserstoffwirtschaft noch am Anfang, und die Entwicklung wird ohne erhebliche finanzielle Förderung nicht wirtschaftlich tragfähig sein. Zweitens ist ein starkes Netzwerk entscheidend, um solche komplexen Projekte erfolgreich umzusetzen. Trotz vieler Unsicherheiten, etwa hinsichtlich der Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff bis 2030, setzt die Region darauf, die nötige Infrastruktur aufzubauen.
Ich wünsche Ihnen viel Freude beim studieren der Broschüre zum Projekt “H2iPortKA Mod”, die sie hier finden. Sie enthält die Analyse und Bewertung verschiedener Szenarien und behandelt den aktuellen Stand in Sachen Wasserstoffwirtschaft.
Jochen Ehlgötz
Worum handelt es sich beim H2iPortKA-Projekt?
Der rasche Aufbau einer Wasserstoff(H2)-Wirtschaft ist eine der großen Herausforderungen der nächsten Jahre. Um die Umstrukturierung des Energiebezugs zu schaffen, sind große Investitionen erforderlich. Karlsruhe bietet hier mit den Rheinhäfen, städtischen Versorgungsunternehund men, mittelständischer Industrie Forschungseinrichtungen sowie großen, relevanten Akteuren im Umfeld wie EnBW, MiRO, Siemens und Daimler Truck hervorragende Voraussetzungen. Das lokale Straßen- und das Schienennetz sind unmittelbar an europäische Ost-West- und Nord-Süd-Achsen angebunden.
Für die vermehrt aufkommenden H2-Bedarfe fehlen jedoch konkrete, integrierende Planungen einer dringend aufzubauenden H2-Importinfrastruktur südlich von Mannheim mit Anbindung an die Regionen Elsass/Frankreich und Basel/Schweiz. Zur zielgerichteten Auswahl und Ausgestaltung von einzelnen Komponenten der vier Prozessfelder Anlieferung, Behandlung/Umwandlung/Speicherung, lokale Erzeugung und Abgabe von H2, deren Konfiguration und Dimensionierung sind viele Annahmen zu treffen und Parameter
zu variieren.
Dazu werden bestehende Modelle der Hochschule Karlsruhe erweitert und mit den technischen und wirtschaftlichen Daten der beteiligten Unternehmen parametrisiert. Das Modell identifiziert daraus Systemstrukturen, gesamtheitlich optimierte Investitionen, das Anlagendesign und dessen Regelungsstrategie mit einer mehrkriteriellen Zielfunktion wie Kosten oder Emissionen.
Herausforderungen
Die Einführung von H2 als Energieträger für die oben aufgeführten Prozesse und Anwendungsgebiete bringt einige Herausforderungen mit sich und Problemstellungen, die es zu lösen gilt wie:
- der Komplexität der einzelnen Anwendungsszenarien
- der noch nicht vorhandenen Infrastruktur für großskaligen Transport, Lagerung und Distribution
- und den noch unbekannten zukünftigen Bedarfen wie auf Unternehmensebene.
Investitionsentscheidungen können derzeit deshalb nur schwer getroffen werden.
Projektziele
Unsere Projektziele sind klar definiert:
- Aufbau eines umfassenden Modells für eine H2-Infrastruktur, das auf die spezifische lokale Situation angepasst ist und die Einbindung weiterer Nutzer und Infrastrukturakteure ermöglicht.
- Einbindung der Region Karlsruhe in den Aufbau großtechnischer Infrastrukturen für grünen Wasserstoff durch einen aktiven Dialog mit relevanten Stakeholdern aus allen Bereichen der Gesellschaft.
- Unterstützung und Beschleunigung des Markthochlaufs von grünem Wasserstoff durch gezielte Vernetzungs- und Transferangebote entlang der Wertschöpfungskette.
Vorgehensweise
Unsere Vorgehensweise umfasst:
- Die Modellierung des Systems basierend auf vorhandenen Infrastrukturen für Erzeugung, Import, Speicherung und Verteilung, unter Berücksichtigung der geografischen Gegebenheiten.
- Die Erfassung der Anforderungen der Akteure in Bezug auf die Nutzung von Wasserstoff und verwandten Technologien.
- Die Evaluierung des Modells unter Berücksichtigung vorher festgelegter Zielparameter wie Wirtschaftlichkeit und CO2-Potential.
- Den Abgleich mit den Zielen der H2-Roadmap BW und den überregionalen H2-Versorgungsinfrastrukturen.
Verwertung
Das Modell ermöglicht eine umfassende Bewertung und Identifikation von emissions- und kostenoptimalen Systemstrukturen unter Berücksichtigung der lokalen Randbedingungen. Dies fördert die Abstimmung und Dimensionierung der einzelnen Komponenten und liefert Erwartungswerte in Bezug auf Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten. Das Ergebnis sind optimale Systemkonfigurationen, die die Grundlage für Investitionsprojekte schaffen und die Einbindung weiterer Akteure unterstützen. Gleichzeitig streben wir an, unsere Erkenntnisse wissenschaftlich zu nutzen und zu verbreiten.
Hierfür ist die TechnologieRegion Karlsruhe sehr gut aufgestellt, durch die innovationsreiche Netzwerkstruktur aus Forschung, Bildung und Unternehmen.
Aktuelles zum Wasserstoffprojekt "H2iPort KA Mod"
Projekttreffen an der Hochschule Karlsruhe
Gemeinsam haben die Projektpartner die Grundlagen für die Entwicklung eines Wasserstoff-Drehkreuzes in der Region Karlsruhe geschaffen. Im Juni trafen sie sich an der Hochschule Karlsruhe zum Abschluss der ersten Phase des Projekts H2iPortKA, die vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg gefördert und durch den Projektträger Karlsruhe begleitet wurde.
Inzwischen steht für den Projektleiter Dr. Peter Berlet fest: „Wir wollen nicht auf den geplanten Anschluss an das deutsche Wasserstoff-Kernnetz warten. Mit der im Projekt erarbeiteten Modellierung existiert bereits jetzt eine sehr gute Grundlage für sektorenübergreifende und vernetzte Investitionen zugunsten einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft in der Region Karlsruhe.“
Über den Rhein können schon vor dem Pipelineanschluss Wasserstoffderivate wie z.B. Ammoniak angelandet werden. Zudem haben wir Flächen für Elektrolyseure identifiziert, um den Import von grünem Wasserstoff durch Eigenproduktion zu ergänzen und die Umstellung auf den umweltfreundlichen, weil CO2-freien Energieträger Wasserstoff zügig anzugehen.
Die Woche des Wasserstoffs
Das Projekt “H2iPort KA Mod” zeigt uns die Möglichkeiten und das Potential, welches Wasserstoff und seine Nutzung mit sich bringen. In der Woche vom 17. – 21. Juni 2024 fand in Karlsruhe eine Vortragsreihe im Zuge der bundesweiten “Woche des Wasserstoffs” statt. Täglich ab 18:30 Uhr beleuchteten Vorträge die Bereiche Politik, Forschung und Industrie in ihrem Bezug zur Wasserstoffnutzung in der Region Karlsruhe. Ausgerichtet von der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik der Hochschule Karlsruhe erfreute sich die Woche des Wasserstoffs zahlreicher Interessierter in den Räumlichkeiten der IHK oder über das Netz via YouTube-Stream.
Prof. Dr. Karsten Pinkwart von der Hochschule Karlsruhe und dem Fraunhofer ICT lobte die starke Basis für Wasserstoffforschung und -entwicklung in Karlsruhe und zog positive Bilanz aus der Vortragsreihe. Jochen Ehlgötz von der TechnologieRegion Karlsruhe unterstrich zudem die Notwendigkeit einer Wasserstoffinfrastruktur für die wirtschaftliche Zukunft der TechnologieRegion.
Experteninterview mit Dr. Peter Berlet
Dr. Peter Berlet ist Leiter Forschung und Technologie bei der IAVF Antriebstechnik GmbH. In einem Interview erklärt er, welche Herausforderungen mit der Einführung von Wasserstoff verbunden sind und auch, welche Rolle das Projekt „H2iPortKA Mod“ für ihn spielt.
• Sie sind Leiter Forschung Technologie bei der IAVF. Was war im Hinblick darauf ihre Motivation am Projekt „H2iPortKA Mod“ teilzunehmen?
Die IAVF Antriebstechnik GmbH mit Sitz im Karlsruher Rheinhafen bietet ihren nationalen und internationalen Kunden ein breites Portfolio an Testing- und Engineering-Dienstleistungen. Schon seit langem geht es hier um die Nutzung neuester Technologien, um die Effizienz und Robustheit von Antrieben zu verbessern. Eine bedeutende Rolle spielen hierbei nachhaltig erzeugte Betriebsstoffe. Dabei geht es sowohl um den Kraftstoff als auch um die Stoffe zur Schmierung und Kühlung der Systeme. Diese können sowohl aus nachwachsenden Rohstoffen als auch mittels elektrischer Energie erzeugt werden. Neben den sogenannten eFuels spielt hier Wasserstoff eine wichtige Rolle, da er einen hervorragenden Beitrag zur Dekarbonisierung leisten kann. Außerdem hat er für einige Anwendungen deutliche Vorteile gegenüber einer reinen Elektrifizierung, da sich Wasserstoff auch längere Zeit speichern lässt.
Im Projekt „H2iPortKA Mod“ arbeiten Experten aus verschiedenen Branchen sektorübergreifend zusammen. Die Partner teilen ihr Know-how und teilweise ihre Planungen für die Zukunft, um die Basis für vernetzte Investitionen in eine Wasserstoffwirtschaft zu schaffen. Das ist in dieser Art einmalig in der Region und bietet für die beteiligten Unternehmen sowie die öffentlichen Partner neue Möglichkeiten.
• Welche Rolle spielt der Wasserstoff für zukünftige Entwicklungsvorhaben auch im Bereich der Tribologie*?
IAVF ist seit langem in der Entwicklung von Motoren für unterschiedlichste Anwendungen engagiert. Das erstreckt sich von mobilen Anwendungen in Pkw und Nutzfahrzeugen bis hin zu Marineanwendungen und stationären Motoren für Blockheizkraftwerke in Wärmenetzen. Der Wasserstoff schafft hier neue Herausforderungen und muss z.B. hoch verdichtet der Verbrennung zugeführt werden. Er verbrennt schneller und erzeugt höhere tribologische Beanspruchungen an einigen Motorkomponenten. Wasserstoff ist das kleinste Molekül, das es gibt. Unter Druck kann er in Bauteiloberflächen eindiffundieren und das oberflächennahe Material durch sogenannte Wasserstoffversprödung schädigen. Bei der Verbrennung entsteht zwar kein CO2, jedoch viel mehr Wasser als bei konventionellen Kraftstoffen. Dies führt zu neuen Anforderungen an die Bauteile und den Schmierstoff im Motor.
Ähnlich sieht es auch bei Brennstoffzellenantrieben aus. Im Luftpfad sind z.B. eine Reihe von Komponenten wie Vorverdichter oder Rezirkulationsgebläse erforderlich, die aufgrund der Reinheitsanforderungen der Stacks ohne einen Schmierstoff auskommen müssen. Hier sind zum Teil neue Lösungen erforderlich. (*Bei der Tribologie handelt es sich um die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung. Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß, einschließlich Schmierung.)
• Welche Hürden sind beim Thema Wasserstoff zu meistern und welche Erfahrungen/ Learnings konnten Sie bei Genehmigungen von Wasserstoffinfrastrukturprojekten für Ihren Betrieb mitnehmen?
Zunächst bestand die Herausforderung darin, unsere Mitarbeiter an das Thema heranzuführen. Das erstreckte sich vom Aufbau der Aggregate bis hin zu Sicherheitsthemen, die bei uns einen sehr hohen Stellenwert haben. Da müssen alle Bereiche mitarbeiten, vom Aufbau und Betrieb der Versuchsträger bis hin zur Beschaffung und Verteilung des Wasserstoffs. Glücklicherweise haben wir die Unterstützung öffentlicher Fördermittelgeber von Bund und Land in Anspruch nehmen und die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Chemische Technologie sowie dem KIT und der Hochschule Karlsruhe weiter ausbauen können.
Darüber hinaus hat es sich ausgezahlt, frühzeitig externe Hilfe von Prüforganisationen und den Behörden der Stadt sowie des Regierungspräsidiums Karlsruhe in Anspruch zu nehmen.
• Welche Trends sind für die Forschung und Entwicklung im Kontext Wasserstoff erkennbar?
Unsere Vision für 2030 lautet: Wasserstoff in allen Sektoren. Die Hersteller haben für den Mobilitätssektor genauso wie für die Industrie, Landwirtschaft und den Energiesektor Prototypen entwickelt. Sie haben bereits in vielen Bereichen gezeigt, was möglich ist. In der anstehenden Produktentwicklung steigen die Komplexität und der Aufwand erheblich.
Außerdem muss die Politik die Rahmenbedingungen für Wasserstofftechnologien weiter verbessern. Dazu gehören fiskalische Hürden genauso wie der rasche Ausbau der Infrastruktur. Warum muss z.B. ein Lkw mit Wasserstoffmotor an der Tankstelle Energiesteuer bezahlen, während das Fahrzeug mit Brennstoffzelle befreit ist? Die Technologie des Wasserstoffmotors ist vergleichsweise robust und kann als Brückentechnologie fungieren, bis überall ausreichend grüner Wasserstoff mit der höheren Reinheit für Brennstoffzellen zur Verfügung steht. Für alle Akteure sollte frühzeitig erkennbar sein, wo und wann Wasserstoff aus Pipelines kommen wird und wo andere Lösungen entwickelt werden müssen. Das haben wir in unserem Projekt schon jetzt als wichtigen Parameter identifiziert.
Robuste und kundenfreundliche Produkte können die Markteinführung deutlich vereinfachen. Und natürlich müssen Forschung und Entwicklung auch dafür sorgen, dass der Preis stimmt, damit sich die Nutzung von grünem Wasserstoff am Ende auch ohne Fördermittel rechnet.
Zu den Wasserstoffbedarfen der Stadt und Region Karlsruhe
Die weiter zunehmende Wichtigkeit des Wasserstoffs in den Sektoren Energie, Industrie und Verkehr ist immer mehr zu spüren. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) hat im Auftrag der Plattform H2BW eine Umfrage von Unternehmen in Baden-Württemberg durchgeführt, bei der zukünftige Wasserstoffbedarfe in jeglichen Sektoren angegeben wurden. So ist in Baden-Württemberg 2024 ein sektorübergreifender Gesamt-H2-Bedarf von 3,0 TWh/a (Terrawattstude/Jahr) zu erkennen, der 2035 schon auf 73,5 TWh/a ansteigt und bis 2040 schon bei 90,7 liegt (davon für Strom: ca. 40 TWh/a). Zum Vergleich: Im Jahr 2021 betrug die Stromerzeugung durch Erdgas, Heizöl und Steinkohle in ganz Baden-Württemberg 19,4 TWh/a (Statistisches Landesamt BW 2023).
Der Industriesektor in Stadt und Landkreis Karlsruhe zeigt ebenfalls stark anwachsende Wasserstoffbedarfe auf. So verzehnfachen sich die Bedarfswerte der Stadt von 500 GWh/a (Gigawattstunde/Jahr) 2025 auf 5.000 GWh/a (2040) sowie im Landkreis von 100 GWh/a auf 1.000 GWh/a in 15 Jahren. Diese Werte ergeben sich auch aus der bis 2030/32 geplanten Vervollständigung eines Wasserstoffkernnetzes und folglich einer möglichen Versorgung per Pipeline. Noch stärkeres Bedarfswachstum ist jedoch im Verkehrssektor zu erwarten. So soll hier der H2-Bedarf der Stadt Karlsruhe 2025 bei 2-5 GWh/a liegen, 2040 schon bei 100-150 GWh/a. Im Landkreis ist sogar eine Bedarfssteigerung von 2-5 GWh/a auf ganze 200-350 GWh/a zu erwarten, also fast eine Verhundertfachung des aktuellen Bedarfswertes.
Insgesamt und sektorenübergreifend kann also für die Stadt Karlsruhe von 2025 – 2040 ein Wasserstoffbedarfswachstum von 500-700 GWh/a auf 8.000 GWh/a (8 TWh) erwartet werden. Der Wasserstoff ist zukünftig also nichtmehr wegzudenken. Wichtig ist nun, sich dieser Aufgabe zu stellen und als Vorreiterland und -region in Sachen Wasserstoff weiter zu wachsen.
H2iPortKAMod zu Gast beim 1. Wasserstoff-Kolloquium Baden-Württemberg
Zwischenergebnisse der Modulierung fanden große Aufmerksamkeit
Das 1. Wasserstoff-Kolloquium Baden-Württemberg informierte über vielseitige Projektvorhaben im Bereich der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien, die in Baden-Württemberg bereits angelaufen sind. Mit dabei waren auch die Akteure des „H2iPortKa Mod“-Projekts aus Karlsruhe. Dr. Peter Berlet und Daniel Bull präsentierten die spannenden Zwischenergebnisse der Modulierung. Ziel ist es, Rahmenbedingungen für den Aufbau einer Infrastruktur für die Wasserstoffversorgung in der TechnologieRegion zu optimieren, und so den Projektpartnern verlässlichere Investitionsentscheidungen zu ermöglichen.
Das H2-Kolloquium bot vielfältige Gelegenheiten, um gemeinsam mit den Akteuren anderer Initiativen in Dialog zu treten und sich gegenseitig zu Fachthemen auszutauschen.
Unter der Schirmherrschaft des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft hatten der Projektträger Karlsruhe und die Plattform H2BW zum Wasserstoff-Kolloquium 2023 eingeladen.
Karlsruher Wasserstoffprojekt präsentiert sich auf Gemeinschaftsstand des Landes BW
hy-fcell – Expo & Conference der internationalen Wasserstoff- und Brennstoffzellenbranche in Stuttgart
Auf der hy-fcell traf sich am 13. und 14. September die internationale Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Community, um technologische Fortschritte zu diskutieren, Wissen zu transferieren und internationale Märkte zu erschließen. Auch das Karlsruher Wasserstoffprojekt „H2iPort KA Mod“ war auf Einladung der Landesagentur e-mobil bw auf dem Gemeinschaftsstand vertreten. Eine gute Gelegenheit, über das Projekt zu informieren und für den Aufbau eines Wasserstoffimport-Hubs im Rheinhafen Karlsruhe zu werben. Im Gespräch mit der Leiterin der Plattform H2BW, Isabell Knüttgen haben Dr. Peter Berlet (IAVF) und Markus Wexel (TRK) innovative Anwendungsfelder für Wasserstoff diskutiert. Der international gefragte Branchentreffpunkt und bot zudem eine ideale Plattform für den Austausch zu aktuellen Entwicklungen im Bereich der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnik.
Wasserstoffumfrage der TechnologieRegion Karlsruhe
Um die Entwicklung der Wasserstoff-Wirtschaft in der TechnologieRegion Karlsruhe voranzutreiben hat sich ein Konsortium aus Wirtschaft, Wissenschaft und der Stadt Karlsruhe im Forschungsprojekt „H2iPort KA Mod“ zusammengeschlossen. Ziel ist es eine Wasserstoffimport- und Erzeugungsinfrastruktur im Reinhafen Karlsruhe zu entwickeln und aufzubauen. Das Vorhaben wird mit Mitteln des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg im Rahmen des Programms „Klimaschutz und Wertschöpfung durch Wasserstoff (KWH2)“ welches Maßnahmen der Wasserstoff-Roadmap Baden-Württemberg aufgreift, gefördert.
Ein wesentlicher Bestandteil des Vorhabens ist es, den aktuellen und zu erwartenden Wasserstoffbedarf der Unternehmen im deutschen Teil des Wirtschaftsraums der TechnologieRegion (Landkreise Germersheim, Karlsruhe, Rastatt, Südliche Weinstraße sowie die Städte Baden-Baden, Karlsruhe und Landau) zu ermitteln. Dabei brauchen wir Ihre Mitwirkung und Unterstützung. Die gewonnen Daten sind wichtige Grundlage für aktuell diskutierte Projekte wie beispielsweise ein Wasserstoffimport-Hub am Rheinhafen in Karlsruhe (H2iPortKA) oder ähnliche Vorhaben in der Metropolregion Rhein-Neckar. Zur Umfrage geht’s hier.
Auch das Land Baden-Württemberg hat eine Umfrage gestartet, die Sie gerne bearbeiten dürfen. Diese finden Sie unter: Wasserstoff für Baden-Württemberg: Bedarfsmeldung
Experteninterview mit Prof. Dr. Karsten Pinkwart
Prof. Dr. Karsten Pinkwart ist Mitglied im Nationalen Wasserstoffrat der Bundesregierung und Mitglied im Beirat der Wasserstoff Roadmap Baden-Württemberg. Dies ist der Start einer Interviewreihe zum Thema Wasserstoff
• Welche Verfahren zur Wasserstoffherstellung gibt es?
Wasserstoff kann auf vielfältigen Wegen bereit gestellt werden. Diese unterscheiden sich insbesondere in Bezug auf ihre Wasserstoffquelle (Wasser, fossile Energieträger, Biomasse, anderweitig organisch und anorganisch gebunden), dem entsprechenden Prozess (Elektrolyse, Reformierung, Pyrolyse, bio-chemische Prozesse, photochemische Prozesse etc.) und dem jeweiligen ökologischen und ökonomischen Fußabdruck. Die jeweiligen Wege der Gestehung werden durch unterschiedlichste Randbedingungen beeinflusst. Vordergründig ist der ökologische Parameter, der durch die Treibhausgasemissionen (CO2) angeben werden kann. Dementsprechend ist grauer Wasserstoff, Wasserstoff, der aus fossilen Energieträgern wie z. B. Erdgas ohne Maßnahmen zur direkten oder indirekten Vermeidung von Treibhausgasemissionen, also mit hoher Treibhausgasemissionslast, hergestellt wird; blauer Wasserstoff ist aus fossilen Energieträgern hergestellter Wasserstoff, bei dem das im Herstellungsprozess anfallende CO2 zu (sehr) großen Teilen abgetrennt und in geologischen Formationen eingelagert wird; türkiser Wasserstoff ist aus fossilen Energieträgern hergestellter Wasserstoff, bei dessen Herstellungsprozess fester Kohlenstoff anfällt, der als Rohstoff für die Weiterverwendung eingesetzt oder auch eingelagert werden kann, sodass es weder direkt noch bei der Verwendung oder Entsorgung der Produkte zur Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre kommt. Wasserstoff kann auch mit Hilfe strombasierten Verfahren bereit gestellt werden. Hier wird in gelben Wasserstoff unterschieden, wobei der Strom zur Erzeugung des Wasserstoffs aus dem Netz entnommen und stellt in der Regel einen entsprechenden Strommix dar. Im Falle des roten Wasserstoffs stammt der Strom aus nuklearer Erzeugung. Grüner Wasserstoff wird mit Hilfe erneuerbarer Energien gewonnen. Wasserstoff kann aber auch noch an anderer Stelle aufkommen, wie zum Beispiel aus technologischen Prozessen (Wasserstoff aus der Chlor-Alkali-Elektrolyse, Wasserstoff aus mit Ethan betriebenen Olefinanlagen) oder Wasserstoff aus der thermo- oder biochemischen Konversion von Biomasse; und Wasserstoff aus natürlichen Vorkommen.
• In welchen Bereichen wird Wasserstoff aktuell eingesetzt?
Wasserstoff ist ein vielfältiger Energieträger und wird bereits seit vielen Jahrzehnten an unterschiedlichsten Stellen eingesetzt und hat sich dabei als Ausgangsstoff sehr gut bewährt. Die wesentlichen Nutzer kommen mit ca. 31% aus der petrochemischen Industrie, wo Wasserstoff beim Hydrocracking bzw. dem Hydrotreating Verwendung findet, und mit 63% aus der „klassischen“ chemischen Industrie. Hier werden vor allen Dingen Ammoniak und Methanol hergestellt; aber auch bei Prozessen zur Bereitstellung von Polymeren, Polyurethan oder Oxylalkoholen und Fettsäuren wird Wasserstoff eingesetzt. 6% des Wasserstoff werden in der Prozessindustrie als Spül- und Schutzgas oder aber auch der Glasproduktion eingesetzt. Unter 1% wird der Wasserstoff im Bereich der Mobilität, Halbleiterindustrie und als Kraftstoff für die Raumfahrt verwendet.
• Welche Rolle kann Wasserstoff in der Stromerzeugung spielen?
Die aktuell angestoßenen Transformationsprozesse in der Gesellschaft stehen alle im Zusammenhang mit dem Aufhalten des Klimawandels und damit der Emission fossilen Kohlendioxid. Hier lassen sich im Wesentlichen drei Sektoren ausmachen die dazu einen Beitrag liefern. Dies sind der Industrie-, der Mobilität- und der Energie-/Wärmesektor. Letzterer Sektor erzeugt die benötigte elektrische und thermische Energie mittels der Nutzung von Erdöl, Kohle und Erdgas. Großtechnisch wird Strom und Wärme in unseren Kraftwerken mit Hilfe von Erdgas und Kohle bereitgestellt. Um zukünftig weiterhin die an diesen Anlagen angeschlossenen Verbraucher zu versorgen, ist es notwendig diese Kraftwerke auf grünen Wasserstoff als Energieträger umzustellen soweit keine anderen nachhaltigen Erzeugungsoptionen wie zum Beispiel Geothermie Vorort genutzt werden können.
• Wie kann Wasserstoff gespeichert werden?
Die Speicherung von Wasserstoff kann gleichfalls auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Zuerst einmal sind die physikalischen Möglichkeiten der stofflichen Speicherung zu nennen, dies bedeutet ich kann Wasserstoff unter Druck in Gasspeichern bevorraten oder aber als verflüssigt in entsprechenden tiefkalten Tanks. Darüber hinaus kann ich mir die Eigenschaft des Wasserstoff zu Hilfe nehmen, dass dieses Molekül kaum Volumen einnimmt und so ist es möglich dieses in sogenannten Metallhydriden einzulagern. Eine weitere Option besteht in der langfristigen Speicherung als Derivat. Hierbei reagiert der Wasserstoff mit Stickstoff oder Kohlendioxid und daraus entsteht im ersten Fall Ammoniak und im zweiten Methanol. Beide Substanzen werden seit mehr als 70 Jahren in der chemischen Industrie produziert (mit grauen Wasserstoff), gelagert, transportiert und verwendet. Der Umgang mit diesen Speichermedien ist damit sehr gut bekannt.
• Warum ist Wasserstoff so wichtig für ein Gelingen der Energiewende?
Energiewende bedeutet auf der einen Seite unsere Gesellschaft zu defossilieren, so dass kein Kohlendioxid mehr in die Umwelt aus fossilen Energieträgern imitiert wird. Auf der anderen Seite ist bekannt, dass in ca. 40 Jahren kein Erdöl mehr für all die chemischen Prozesse und den daraus abgeleiteten Produkten mehr zur Verfügung steht. Mit dem Einsatz grünen Wasserstoffs in den Sektoren Industrie, Mobilität und Energie/Wärme kann es / muss es gelingen den Klimawandel aufzuhalten. Daher muss es der Weltgesellschaft gelingen, diesen nachhaltigen Energieträger zum großflächigen Einsatz zu bringen.
Fördermittel für den Aufbau einer H2-Infrastruktur in der TechnologieRegion Karlsruhe
Stuttgart, 04.04.2023. Umweltministerin Thekla Walker übergab am Dienstag in Stuttgart die Förderurkunde an das Projektkonsortium “H2iPortKA Mod”.
Im Karlsruher Rheinhafen sollen die Voraussetzungen geschaffen werden, um künftig Wasserstoff erzeugen und importieren zu können. Wirtschaft, Wissenschaft und Stadtverwaltung haben sich zusammengeschlossen, um die dafür nötige Infrastruktur aufzubauen. Ihr gemeinsames Forschungsprojekt heißt „H2iPort Ka Mod“ und wird vom baden-württembergischen Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft im Rahmen des Programms „Klimaschutz und Wertschöpfung durch Wasserstoff (KWH2)“ mit knapp einer Million Euro unterstützt. „Die finanzielle Unterstützung durch das Land ermöglicht uns, die Grundlagen für die Verteilung und ergänzende Erzeugung von grünem Wasserstoff in größerem Maßstab zu legen“, freut sich Prof. Bernhard Kehrwald, Geschäftsführer der #IAVF Antriebstechnik, der das Projektkonsortium leitet.
Aktuell werden unter Federführung von Prof. Marco Braun von der #Hochschule Karlsruhe die Systemparameter für die Modellierung erfasst, mit der das Optimum des komplexen Zusammenspiels der verschiedenen technischen Einrichtungen ermittelt werden soll.
Parallel dazu hat die #TechnologieRegion Karlsruhe GmbH eine Umfrage zum künftigen Wasserstoffbedarf bei den energieintensiven Unternehmen gestartet: Hier geht’s zur Umfrage.
Projektpartner
Weitere Mitwirkende Unternehmen:
- Air Products GmbH
- Axpo Solutions AG
- EnBW AG
- H2-Global Stiftung
- Mabanaft GmbH & Co. KG
- MiRO Mineraloelraffinerie Oberrhein GmbH & Co. KG
- Netze Südwest GmbH
- Siemens Energy AG
- Stadtwerke Karlsruhe GmbH
