Hoffnungsträger grüner Wasserstoff

Hoffnungsträger grüner Wasserstoff

Wasserstoff ist zwar reichlich und überall vorhanden, meist jedoch in gebundener Form. Das macht seine Herstellung aufwendig und überaus energieintensiv. Ein sehr gebräuchliches Verfahren zu seiner Gewinnung ist die Elektrolyse. Mithilfe von elektrischem Strom wird dabei Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Stammt dieser Strom ausschließlich aus erneuerbaren Quellen, zum Beispiel aus Wind- oder Sonnenenergie, spricht man von grünem Wasserstoff.  

Auf dem Weg in eine klimaneutrale Gesellschaft ist Wasserstoff in den vergangenen Jahren trotz seiner relativen Kostspieligkeit wieder stärker in den Fokus geraten. Mehr noch: Vorangetrieben durch visionäre Pioniere und mit Unterstützung der Politik versprechen die jüngsten Entwicklungen einen echten Durchbruch. Einer der Key Player ist das Unternehmen thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers GmbH (tkUCE) – ein Joint Venture zwischen der thyssenkrupp Industrial Solutions AG und Industrie De Nora. Zu den Schlüsselbereichen des Unternehmens gehört die Entwicklung innovativer Elektrolyseverfahren für die Wasserstoffproduktion.

„Wasserstoff als umweltfreundlicher Energieträger birgt viele Potenziale. Seine Kostspieligkeit ist nur relativ. Es wäre immer billiger, nach Öl oder Gas zu bohren. Doch weder Öl noch Gas zahlen für die Zerstörung, die sie der Umwelt zufügen. Täten sie dies, wären sie plötzlich sehr viel teurer, aber immer noch zerstörerisch. Wasserstoff bleibt daher die sehr viel grünere Lösung für unseren Planeten“. - Carsten Reuter, Alfa Laval Mid Europe, Key Account Manager 

Um CO₂-Emissionen zu vermeiden, testet thyssenkrupp seit 2019 am Standort Duisburg die Verwendung von Wasserstoff im Stahlherstellungsprozess. Einziges Überbleibsel bei diesem Verfahren: einfacher Wasserdampf. Seit 2016 befindet sich auf dem gleichen Gelände eine Pilot- und Testanlage zur alkalischen Wasserelektrolyse (AWE), die von thyssenkrupp UCE auf Basis der Chlor-Alkali-Elektrolyse entwickelt wurde. Dieser Pilot-Elektrolyseur entstand im Zuge des Forschungsprojekts Carbon2Chem®. Das vom Bund geförderte Projekt nutzt die bei der Stahlerzeugung entstehenden Hüttengase für die Herstellung von Chemikalien und verringert damit sowohl den CO₂-Ausstoß bei der Stahlerzeugung als auch bei der Chemieproduktion. 

Multitalent Wasserstoff

Wasserstoff als Brennstoff

Wasserstoff hinterlässt beim Verbrennen keinerlei Abgase. Deshalb ist das Gas ein idealer Ersatz für Kohle, Öl und Erdgas im Transportwesen und in der Industrie. In komprimierter Form weist er eine hohe Energiedichte auf und ist daher auch für den Antrieb von Langstrecken-Transporten zu Land, auf dem Wasser und möglicherweise sogar in der Luft geeignet. Er kann zu diesem Zweck entweder verbrannt oder in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt werden. 

Wasserstoff als Energiespeicher

Je mehr erneuerbare Energie wir nutzen, desto wichtiger wird es, mit den Schwankungen ihrer Verfügbarkeit umzugehen. Wasserstoff ist ein Molekül, das rund um den Globus transportiert und gespeichert werden kann – völlig unabhängig davon, wann und wo die erneuerbare Energiequelle verfügbar ist.

Mit grünem Wasserstoff hergestelltes Ammoniak

Ammoniak zählt nicht nur zu den am Häufigsten produzierten Chemikalien, sondern eignet sich ebenfalls als Energiespeicher. Wenn bei seiner Herstellung der benötigte Wasserstoff ausschließlich mit Hilfe von Ökostrom produziert wird und auch im weiteren Prozess nur erneuerbare Energien zum Einsatz kommen, handelt es sich um grünen Ammoniak. Ammoniak hat eine deutlich höhere Energiedichte als Wasserstoff und ist damit noch einfacher zu transportieren und zu speichern. 

Wasserstoff für die Methanolherstellung

CO₂ kann durch Reaktion mit Wasserstoff auch in Methanol umgewandelt werden. Der Vorteil: Methanol ist Grundbaustein vieler Alltagschemikalien und lässt sich – ähnlich wie Ammoniak – hervorragend speichern und transportieren.  

Bei der Elektrolyse muss gekühlt und kondensiert werden. Dabei gilt es, den verschiedenen Materialien und Anforderungen an Druck, Temperatur und Widerstandsfähigkeit Rechnung zu tragen. Wasserstoffgas ist beispielsweise ultraleicht entzündlich und reagiert unter entsprechenden Voraussetzungen heftig, wenn es mit Luft oder Sauerstoff in Kontakt kommt. Auf der Wasserseite spielen dagegen – je nach Qualität des Kühlwassers – die Reinigungsmöglichkeiten eine primäre Rolle. Die Herausforderungen sind vielfältig und komplex, zum Beispiel: Welche Abdichtung ist die beste, welches Material erfüllt alle Anforderungen, wie lassen sich Verschmutzungen am besten in den Griff bekommen und wie kann der begrenzt vorhandene Bauraum optimal genutzt werden? An dieser Stelle kommt die Expertise von Alfa Laval ins Spiel.  

Zu den zentralen Aufgaben der Alfa Laval Wärmetauscher zählt das Kühlen des Wasserstoffs, des Sauerstoffs und des Katholyts. Zusätzlich kondensieren sie die Feuchtigkeit sowohl aus dem Wasserstoff als auch aus dem Sauerstoff. So können beide Stoffe am Ende Verwendung finden. 

„Wir kennen Alfa Laval schon lange als zuverlässigen und kompetenten Partner für unsere sämtlichen Technologiebereiche. Bei Alfa Laval treffen wir auf Fachleute, mit denen wir offen sprechen können, die sich intensiv mit unseren Themen auseinandersetzen und gemeinsam mit uns die bestmögliche Lösung erarbeiten. Alfa Laval ist daher nicht nur ein Ausrüstungslieferant für uns, sondern auch Mitdenker und Mitentwickler.“ - Stephan Liebscher, Supply Chain Manager Green Hydrogen bei thyssenkrupp UCE