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von Siemens Österreich

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Mittels elektrischer Energie wird Wasser in die Grundelemente Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
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Wundermittel Wasserstoff

3 Min. Lesezeit
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16. April 2018
Energieträger, Prozessgas in Industrie, Treibstoff für Brennstoffzellen oder weiterveredelt zu Ammoniak und Methanol.
Der weltweit steigende Anteil an Ökostrom ist ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz, er bringt aber auch Herausforderungen mit sich. Denn beispielsweise in Deutschland wird schon heute zeitweise mehr Strom erzeugt, als die Netze aufnehmen können. Dieses Phänomen wird sich vor allem in Ländern verschärfen, in denen künftig die Erzeugungskosten für Energie aus Wind und Sonne weiter sinken – also wind- beziehungsweise sonnenreiche Regionen. Netze müssen flexibel auf die schwankende Einspeisung von Erneuerbaren reagieren – nur so sind Systemstabilität und Versorgungssicherheit gewährleistet. Energiespeicher sind eine Lösung, um die Flexibilität im Stromnetz zu erhöhen. Indem sie Strom in Zeiten mit viel Wind und Sonne aufnehmen und ihn in Flautephasen oder bei bedecktem Himmel in das Netz einspeisen, können sie für einen Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch sorgen – und beide zeitlich entkoppeln. Deshalb ist unumstritten: Speicher werden nicht nur immer wichtiger – sie sind absolut notwendig, sollten wir den Großteil unseres Stroms aus erneuerbaren Energien beziehen wollen.

Mit Wasserstoff zu bisher nicht erreichter Speicherkapazität

„Künftig werden heutige Technologien wie Batterien, Kondensatoren, Schwungrad- oder auch Druckluftspeicher nicht ausreichen“, erklärt Gabriele Schmiedel, Leiterin von Hydrogen Solutions bei Siemens Corporate Technology. „Wir brauchen Speicherlösungen mit einer bisher nicht erreichten Speicherkapazität, und zwar im Bereich von Terawattstunden.“ Ideal geeignet dafür ist der Energieträger Wasserstoff.

Wie kann ein Elektrolyseur dabei helfen, den wachsenden Speicherbedarf zu decken? Kurz gesagt wandelt er mithilfe von – idealerweise „grünem“ – Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. „Der Wasserstoff überzeugt durch seine Vielseitigkeit“, sagt Schmiedel. Er dient als Energieträger, mit dem elektrische Energie von wenigen Kilowatt bis hin zu Gigawatt gespeichert werden kann, und das über einen Zeitraum von mehreren Wochen. Anschließend kann er als Prozessgas in der Industrie und in der Mobilität als Treibstoff für emissionsfreie Brennstoffzellen genutzt werden. Daneben

lässt er sich auch zu wertvollen Rohstoffen weiterveredeln, beispielsweise zu Ammoniak für die Düngemittelproduktion oder zu Methanol als Basischemikalie

und Treibstoff. Bei niedrigem Strompreis lohnt sich sogar eine Speicherung und

nachfolgende Rückverstromung über Gas- und Dampfkraftwerke, die Versorgungssicherheit garantieren. Diese Multifunktionalität unterstreicht, welche Bedeutung die Wasserstoffelektrolyse für die weltweite Dekarbonisierung haben kann. Es sind diese Großspeicher, die ein weiterhin starkes Wachstum erneuerbarer

Energien und deren Integration und Nutzung erst ermöglichen. Nur dann sinken

die CO2-Emissionen, und ein Ende des fossilen Zeitalters wird möglich.

Innovatives Elektrolyseverfahren

Der eigentliche Prozess der Elektrolyse ist ein altbekanntes Verfahren. Das Team von Schmiedel aber konzentriert sich auf die innovative PEM-Elektrolyse, auf deren Basis es bereits die zweite Produktgeneration des Elektrolyseurs Silyzer entwickelt. Der Name PEM ist abgeleitet von der protonenleitenden Membran, der sogenannten Proton Exchange Membrane. Ihre spezielle Eigenschaft: Sie ist durchlässig für Protonen, aber nicht für Gase wie Wasserstoff oder Sauerstoff. Damit übernimmt die Membran in einem elektrolytischen Prozess unter anderem die Funktion des Separators, der die Vermischung der Produktgase verhindert. Auf ihrer Vorder- und Rückseite sind Elektroden aus Edelmetall angebracht, die mit dem Plus- und Minuspol der Spannungsquelle verbunden sind. Hier findet die Wasserspaltung statt. Im Vergleich zur traditionellen Alkali-Elektrolyse ist die PEM-Technologie ideal geeignet, um Wind- und Sonnenstrom, der ja volatil, also unregelmäßig erzeugt wird, aufzunehmen, da ein

schnelles Ein- und Ausschalten ohne Vorwärmen möglich ist.

Neue Produktgeneration in Linz im Einsatz

Elektrolyseanlagen von Siemens werden europaweit bereits von mehreren Kunden betrieben. Die derzeit weltweit größte PEM-Elektrolyseanlage in Betrieb steht bei einer Ölraffinerie in Hamburg und verfügt über eine Nennleistung von 5 MW. In Linz baut Siemens im Rahmen des H2FUTURE-Projekts gemeinsam mit den Partnern voestalpine, Verbund, Austrian Power Grid, dem Niederländischen Energieforschungszentrum (ECN) und dem metallurgischen Kompetenzzentrum K1-MET die erste Anlage der neuen Produktgeneration Silyzer 300 (Mehr Infos zum H2FUTURE-Projekt gibt es hier. Geplante Leistung: 6 MW. Und das ist erst der Anfang. Denn je größer die umzuwandelnden Strommengen sind, desto größer müssen auch die Kapazitäten potenzieller Anlagen sein. Daher sind Kunden aus sonnen- und windreichen Regionen besonders interessiert. Die im Vergleich zu Europa erheblich größeren Solarparks des Nahen und Mittleren Ostens oder auch Australiens könnten die Motivation zur Errichtung von Elektrolyseuren komplett neuer Dimensionen sein. „Wir sprechen mit Interessenten, die in Größenordnungen von bis zu 400 MW denken“, so Schmiedel. Dass solche Szenarien, die aus heutiger Sicht noch sehr fern erscheinen, rasch Realität werden können, davon ist sie überzeugt.