Wasserstoff-Elektrolyse: Erzeugung, Speicherung und Rückgewinnung

Gastautor Portrait

Dr. Markus Böhm

Siemens

Markus Böhm studierte Elektrotechnik in Erlangen und promovierte 2007 im Bereich Polymerelektronik. Nach mehreren Jahren in Forschung und Entwicklung wurde er bei Siemens mit dem Thema „Erneuerbare Energien“, Batterieelektrische Energiespeicher und Elektromobilität vertraut. Als Produktmanager war er verantwortlich für die Produktentwicklung und Markteinführung von Gleichstrom-Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge. Dr. Böhm ist Mitglied der CEP (Clean Energy Partnership) in Deutschland und Teilnehmer der europäischen Bus Studie der FCH JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking) zur Wasserstoff-Mobilität.

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17. Oktober 2014

Ressourcen sparen und die Umwelt schonen: Gerade bei der Stromerzeugung und -nutzung sowie der Integration erneuerbarer Energien in das bestehende Stromnetz stehen wir vor immer neuen Herausforderungen. Flexibilität, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Energieversorgung müssen gewährleistet sein, während die Erzeugung von Strom aus regenerativen Quellen schwankt. Eine Lösung ist die Speicherung der regenerativ erzeugten Energie. Mit Hilfe von Wasserstoff besteht die Möglichkeit, große Energiemengen im GWh- Bereich z.B. in Kavernen oder im bestehenden Erdgasnetz zu speichern.

Es ist also höchste Zeit, unsere Visionen wahr werden zu lassen. Mit den SILYZER Elektrolyseuren von Siemens gehen wir einen weiteren großen Schritt in Richtung nachhaltige Zukunft: Das Wasser-Elektrolyse-System auf Basis der PEM-Technologie (Proton Exchange Membrane) kann aus Strom – z.B. aus überschüssiger Wind- und Sonnenenergie – Wasserstoff gewinnen. Dieser lässt sich einerseits sinnvoll als Brennstoff in der Mobilität oder als Grundstoff in der Chemie verwerten. Andererseits lässt sich Wasserstoff speichern und zu beliebigen Zeiten wieder in Strom umwandeln.

Die regenerativ erzeugte elektrische Überschuss-Energie wird im Elektrolyse-Stack mit einem Wirkungsgrad von ca. 70% im chemischen Energieträger Wasserstoff gespeichert – auch bekannt als Fachbegriff „Power to Gas“. Die Herstellung von Wasserstoff ist damit CO2-frei. Die hochdynamische PEM-Elektrolyse folgt jedem Wind- und PV-Profil und erzeugt den Wasserstoff bereits mit einem hohen Ausgangsdruck von 35 bar. Dies ermöglicht die direkte Speicherung in Standard-Druckbehältern oder die Beimischung in das bereits vorhandene Erdgasnetz. Der Wasserstoff kann auch weiter komprimiert werden und danach in Hochdruck-Tanks (200 bis 700 bar), Röhrenspeichern (70 bar) sowie in Kavernen (45 bis 200 bar) gespeichert werden. Eine Innovation, die unserem Energiehunger und unserer Umwelt zugute kommt. Die Energie kann dann bei Bedarf in Gasturbinen, Blockheizkraftwerken oder Brennstoffzellen wieder in Strom und Wärme umgewandelt werden. Dank der sogenannten Rückverstromung steht somit Energie immer dann zur Verfügung, wenn sie benötigt wird.

SeimensElektrolyse

Das Leistungsgleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -abnahme muss jederzeit aufrechterhalten warden, denn ein Mangel an Erzeugungsleistung (oder Überschuss an Verbrauchsleistung) äußert sich als Netz-Frequenzabfall. Ein Überschuss an Erzeugungsleistung (oder Mangel an Verbrauchsleistung) verursacht einen Netz-Frequenzanstieg. Der SeimensElektrolyse2Regelleistungseinsatz soll die Frequenz unter allen Umständen innerhalb bestimmter Toleranzbereiche um die Sollfrequenz von 50 Hz halten. Der Einsatz des SILYZER rechnet sich auch hier: Als hoch-dynamische Lastkomponente im Regelenergiemarkt ist er aufgrund seiner hohen Dynamik und kürzester Anlaufzeit von weniger als 10 Sekunden für den Ausgleich von Versorgungsschwankungen im Stromnetz bestens geeignet. Somit kann der SILYZER für Energieversorger und Netzbetreiber eine wichtige strategische Komponente darstellen.
Siemens hat zur Entwicklung und Industrialisierung von PEM-Elektrolyseuren das Geschäftssegment “Hydrogen Solutions”  gegründet. Erste Systeme im MW-Bereich sind ab 2015 verfügbar. Ein Elektrolyse-Stack mit 1.250 kW Nennleistung erzeugt dabei 21 kg Wasserstoff pro Stunde. Es können mehrere dieser Elektrolyse-Stacks parallel betrieben werden und damit eine höhere Produktionsrate erreicht werden. Anschließend ist eine weitere Produktlinie im Bereich bis 100 MW geplant. Siemens ist Systemlieferant (Elektrolyse-Systeme) für alle künftigen Wasserstoffszenarien und unterstützt als Mitglied der „Clean Energy Partnership“ ebenfalls den Aufbau der Infrastruktur für eine H2-Mobilität.
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Zu diesem Standpunkt sind bisher folgende Beiträge erschienen:
Die Brennstoffzelle im ÖPNV
Alternative Kraftstoffe: Herausforderungen für zufriedene Kunden
Grüner Wasserstoff für den Verkehr
Auf dem Weg in die Wasserstoffgesellschaft
Wasserstoffinfrastruktur: Über die Mobilität in andere Märkte

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  1. Reiner Heußner

    vor 4 Jahren

    Zu den Ausführungen wünscht man sich weitere Informationen:
    Was bleibt von einer kWh EE übrig, wenn sie durch die Elekrotrolyse gegangen ist, als H2 gespeichert und komprimiert wurde? (Gibt es ein Energieflussdiagramm?)
    In welcher Größenordnung bewegt sich der Preis pro kWh derzeit?
    Wie würde eine Massenfertigung den Preis beeinflussen?

    Nicht alles, was technisch machbar ist, ist ökonomisch vernünftig. Zur Beurteilung fehlen ein paar Daten.

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