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Gigawatt-Elektrolyse: Konsortium entwickelt gigantischen Wasserstoff-Erzeuger

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Institute for Sustainable Process Technology koordiniert Konsortium zur Entwicklung einer Gigawatt-Elektrolyse zur Wasserstoff-Erzeugung im Hafen von Rotterdam

Die Versorgung der niederländischen Industrie mit nachhaltigem Wasserstoff ist aktuell noch sehr aufwändig. Nachhaltiger Wasserstoff lässt sich durch die Elektrolyse von Wasser mit Strom aus Wind- und Solarenergie erzeugen. Zur Herstellung in industriellem Umfang ist eine Skalierung aktuell verfügbarer Technologien um den Faktor 1000 erforderlich. Genau auf  dieses Problem zielt das Projekt „Gigawatt Elektrolysefabriek“ (Gigawatt-Elektrolyse) ab, das kürzlich beim Institute for Sustainable Process Technology ins Leben gerufen wurde.

Im Rahmen des Projekts untersucht ein Konsortium aus Unternehmen, Universitäten und Wissenseinrichtungen Wege zum Entwurf einer Gigawatt-Elektrolyse im industriellen Maßstab. Um 2030 werden Windparks in den Niederlanden und in der Nordsee einige Dutzend Gigawatt an nachhaltigem Strom erzeugen. Derzeitige Industrieanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas haben eine Kapazität, die mit einer Elektrolyse im Gigawatt-Maßstab vergleichbar ist.

Die derzeitige Wasserstoffproduktion beträgt ca. 800.000 Tonnen jährlich, wobei der Wasserstoff hauptsächlich für die Herstellung von Ammoniak und Kunstdünger, in Raffinerien sowie in der chemischen Industrie genutzt wird. Um die Niederlande künftig mit CO2-freiem Wasserstoff zu versorgen, wären mehrere Elektrolyseanlagen im Gigawatt-Bereich nötig. Ihre Bedeutung reicht dabei über die Erzeugung nachhaltigen Wasserstoffs für die Industrie hinaus: Sie können auch zu einer künftigen flexiblen Energieinfrastruktur beitragen, in der Wasserstoff als Energieträger fungiert.

Die Herausforderung ist enorm. Derzeit bieten die Industrieanlagen zur Elektrolyse von Wasser lediglich eine Kapazität von einigen Megawatt. In einer Anlage mit einer Leistung eines Gigawatts sollten somit 100 bis 1000 solcher Elektrolyseure stehen. Die Partner im Gigawatt-Elektrolyse-Projekt werden gemeinsam die Anforderungen für den Bau einer solchen Elektrolyseanlage zwischen 2025 und 2030 ermitteln.

Die Koordination liegt in Händen des „Institute for Sustainable Process Technology“ (ISPT), mit Sitz in Amersfoort, das zwischen Industrie, Klein- und Mittelunternehmen, Forschungseinrichtungen und Behörden zur Entwicklung innovativer Verfahrenstechnologie vermittelt. Das Projekt wird von TKI Energie & Industrie unterstützt. Partner sind unter anderem Nouryon, Shell, Yara, OCI Nitrogen, Gasunie, DOW Chemical, Ørsted, Frames, ECN (ein Teil von TNO), die Universität Utrecht und das Imperial College London.

Das Projekt gehört zum ISPT-Hydrohub-Progamm, das auf eine Skalierung der umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff ausgerichtet ist. Es umfasst zudem das Hydrohub-MW-Testzentrum für neue Elektrolysetechnologie im Megawattbereich sowie eine Analyse der künftigen Wertschöpfungskette in der Wasserstofferzeugung (HyChain).

Gigawatt-Elektrolyse soll Kosten senken

Das Gigawatt-Elektrolyser-Projekt wird die wichtigsten Probleme analysieren und lösen helfen, die sich beim großen Anstieg der Elektrolysezellen (den sogenannten „Stacks“) in einer integrierten Anlage ergeben.

Bei diesem “Hochzählen“ kommt es darauf an, dass die Anlage dynamisch operieren kann. Die Anlage wird schließlich in großem Maße Strom von Wind- oder Solarparks beziehen und deshalb mit Schwankungen in der Bereitstellung von Elektrizität umgehen können müssen. Bei abnehmendem oder zunehmendem Wind muss eine entsprechende Abstimmung des Anlagenbetriebs möglich sein.

Ein weiterer bedeutender Aspekt der Gigawatt-Elektrolyse ist die Erzeugung von Wärme und Sauerstoff als möglicherweise wertvolle Nebenprodukte der Elektrolyse von Wasser. Bei der technischen Konzeption der Anlage kommt es darauf an, dass diese Nebenerzeugnisse gut abgeführt und bereitgestellt werden können – und zwar auf eine Art und Weise, die mit der operationellen Strategie Hand in Hand geht, die bei dieser Maßstabserweiterung relevant ist.

Gigawatt-Elektrolyse: Wettbewerbsfähige Alternative

Das letztliche Ziel ist ein optimaler Entwurf einer Gigawatt-Elektrolyse zu minimalen Kosten. Beim heutigen Stand der Technologie und den heutigen Marktpreisen würde die Investition für eine Gigawatt-Elektrolyse etwa eine Milliarde Euro betragen. Die Partner im Gigawatt Elektrolyser-Projekt streben mit ihrem Entwurf an, den Betrag um den Faktor Drei bis Vier zu verringern. Eine Gesamtanlage mit Kosten von 350 Millionen Euro ergäbe dies eine wettbewerbsfähige Alternative zur konventionellen „fossilen“ Wasserstofftechnologie.

Ein bedeutender Teil des Projekts besteht darin herauszufinden, in welchem Umfang die Kosten für Anlagen und Komponenten durch den Einsatz von Elektrolyse-Technologie in größerem Maßstab gesenkt werden können.

Dies umfasst auch eine Untersuchung der zu erwartenden Lerneffekte in der Fertigungsindustrie, die mit denen vergleichbar sein könnten, die zu Kostensenkungen bei Wind- und Solarenergieanlagen geführt haben. Es wird erwartet, dass das Projekt zur Innovationen im Bereich der Elektrolysetechnologie beiträgt und damit Möglichkeiten für die niederländische Fertigungsindustrie bei der Herstellung von Elektrolyse-Modulen und  Komponenten schafft.

Die Zielsetzung des Gigawatt-Elektrolyse-Projekts reicht über den Konzeptentwurf weit hinaus. Der nächste Schritt besteht in der Prüfung der Möglichkeiten, eine industrielle Gigawatt-Elektrolyse in eine industrielle Umgebung zu integrieren, sowie in einer Analyse, wie die Standortwahl die Kosten für eine Anlage beeinflusst. In der nächsten Projektphase, die gegenwärtig geplant wird, werden daher Fallstudien in Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Industrieregionen um Vlissingen-Terneuzen-Gent, Rotterdam, Amsterdam, Delfzijl und Geleen.

Das Projekt ist auf die Absichten und Zielsetzungen abgestimmt, die im Entwurf des Klimaübereinkommens dieser Regionen festgehalten sind. Wichtige Partner in dieser nächsten Phase des Projekts sind unter Andere Deltalinqs, der Hafenbetrieb Rotterdam, Groningen Seaports, North Sea Port, der Hafen Amsterdam, die Provinzen Groningen sowie Nord- und Südholland, Stedin, Smart Delta Resources, USG/Chemelot und Tata Steel.

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