Elektrolyseanlage im Gigawatt-Massstab

Die Versorgung der niederländischen Industrie mit nachhaltigem Wasserstoff ist aktuell noch sehr aufwendig. 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» 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 Elektrolyseanlage industriellen Umfangs im Gigawatt-Bereich. 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 Elektrolyseanlage in GW-Grösse vergleichbar ist.

Die derzeitige Wasserstoffproduktion beträgt ca. 800’000 t jährlich, wobei der Wasserstoff hauptsächlich für die Herstellung von Ammoniak und Kunstdünger, im Raffinationssektor 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.

Technischer Projektentwurf

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 umfangreichem 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 Gigawattanlage 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.

Wettbewerbsfähige Alternative

Das letztliche Ziel ist ein optimaler Entwurf zu minimalen Kosten. Beim heutigen Stand der Technologie und den heutigen Marktpreisen würde die Investition für eine GW-Elektrolyseanlage 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 Mio. Euro ergäbe dies eine wettbewerbsfähige Alternative zur konventionellen «fossilen» Wasserstofftechnologie.

29.3.2019