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Bild: iStock, RomoloTavani
Wasserstoff

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Mit Sonne und Wind unterwegs

Text: Martin Jendrischik, Cleantech Media
Wasserstoff dient in vielen Industriezweigen als Rohstoff und lässt sich als Molekül zudem bei der Elektromobilität einsetzen. Werden Brennstoffzelle und Elektrolyse in einem System kombiniert, kann Wasserstoff auf Basis Erneuerbarer hergestellt, gespeichert und bei Bedarf rückverstromt werden.

„Ein bedeutender Teil des globalen Wasserstoffbedarfs kann künftig dezentral und erneuerbar erzeugt werden“, sagt Nils Aldag, Co-Geschäftsführer des Cleantech-Unternehmens Sunfire. Anwendungsfelder liegen etwa in der Glasherstellung, im Kraftstoffsektor oder in der Stahlerzeugung. In diesem Sektor ist das Dresdner Unternehmen eng in ein Projekt mit Salzgitter Flachstahl involviert. Ziel des Projekts, das von Forschungseinrichtungen begleitet wird, ist es, einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung der von Sunfire entwickelten RSOC-Technik zu machen.

Erneuerbarer Wasserstoff

RSOC steht für Reversible Solid Oxide Cell und meint die Integration von Hochtemperatur-Brennstoffzelle und Hochtemperatur-Elektrolyse in einem einzigen System. Herzstück ist der SOC-Stack, der mit Glas, Keramik und Stahl aus einfachen, günstigen Materialien besteht. Ein RSOC-System ist – ähnlich wie ein Gaskraftwerk – besonders flexibel: Es soll innerhalb weniger Minuten – wenn beispielsweise kein Wasserstoff im Stahlwerk benötigt wird – von einem in den anderen Modus umschalten können. „Das verbessert die Wirtschaftlichkeit, weil die Jahresauslastung der Anlage auf 3000 bis 6000 Stunden steigen kann“, so Aldag. Damit lasse sich mittelfristig erneuerbarer Wasserstoff für weniger als fünf Euro je Kilogramm gewinnen.

In der Stahlindustrie wird Wasserstoff in der Wärmebehandlung benötigt. Bislang wird der in der Industrie verwendete Wasserstoff im Dampfreformer aus Erdgas gewonnen und anschließend unter Aufwand zu den jeweiligen Einsatzorten transportiert. Doch das muss nicht dauerhaft so bleiben: Schon heute können auf Basis der RSOC-Technik tragfähige Geschäftsmodelle ohne Subventionierung realisiert werden – die fünf Euro je Kilogramm sind weniger als die Kosten für klassisch erzeugten Wasserstoff plus Transportkosten. „Mit der RSOC wird die dezentrale Erzeugung kleinerer Mengen Wasserstoff nicht nur wirtschaftlich, sondern auch noch deutlich umweltfreundlicher“, erklärt Aldag.

Sunfire setzt auf die reversible Hochtemperatur-Elektrolyse mit Wasserdampf. Die hohen Wirkungsgrade erreichen die Systeme immer dann, wenn die sogenannte Verdampfungsenthalpie nicht mit elektrischer Energie überwunden werden muss, sondern eine Zuführung von Abwärme beispielsweise aus einer Industrieanlage erfolgt. Das aktuelle RSOC-System liefert im Elektrolyse-Modus 40 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde mit einem Wirkungsgrad von bis zu 85 Prozent. Im Brennstoffzellen-Modus kann es mit einer Effizienz von bis zu 60 Prozent 25 Kilowatt Elektrizität abgeben.

Dabei erfüllen der erneuerbare Wasserstoff und die RSOC noch einen anderen Zweck: Eine nachhaltige und volkswirtschaftlich tragbare Energiewende muss den Mobilitäts-, Chemie-, Wärme- und Stromsektor als ein integriertes Ganzes betrachten. Der Wasserstoff lässt sich als Molekül in unterschiedlichster Form auch im Mobilitätssektor durch direktes Andocken an Raffinerien einsetzen und dient somit als Brücke von der Stromwelt in alle anderen Bereiche unseres Alltags, in denen erneuerbare Energie heute Mangelware ist. Experten sprechen von einer Sektorkopplung. „Die Übertragung von einem ins andere Netz kann dabei mengenunabhängig erfolgen – ein großer Vorteil gegenüber Batteriespeichern oder Pumpspeicherkraftwerken“, so Aldag.

Reversible Elektrolyse

Während sich das RSOC-System für den niedersächsischen Stahlkonzern noch in der Entwicklung bei Sunfire in Dresden befindet, kommt ein abgewandeltes System mittlerweile seit einigen Monaten in einem Microgrid der US Navy zum Einsatz. Gemeinsam mit dem Flugzeugbauer Boeing hat das sächsische Unternehmen Sunfire ein System geliefert, das gänzlich unabhängig vom Stromnetz funktioniert. Es nimmt überschüssige erneuerbare Energie mit einer Nennleistung von 200 Kilowattauf, wandelt sie in Wasserstoff um und speichert diesen in hochkomprimierter Form mit bis zu 600 Kilowattstunden. Wird plötzlich Strom benötigt, wird dieser auf Basis des zwischengespeicherten Wasserstoffs wieder besonders umweltfreundlich erzeugt. Das System läuft dann im Brennstoffzellen-Modus mit einer Nennleistung von 40 Kilowatt.

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