PV und H2: Treibstoffe für die Sektorenkopplung

WI Energy_Interview
Timo Bauer (links) und Andreas Bombarding (rechts) sind Technische Leiter für die Entwicklung von nachhaltig und wirtschaftlich optimierten Lösungen im Bereich der Erneuerbaren Energien bei WI-Energy. Bild: WI-Energy GmbH

04.05.2021 – Auf dem Weg zu einer klimaneutralen Wirtschaft bis zum Jahr 2050 muss die Europäische Union nach Meinung von Experten ihren Anteil an erneuerbaren Energien auf mindestens 80 Prozent im europäischen Energiemix anheben. Dabei kommt auch der Energiespeicherung eine zentrale Rolle zu. In diesem Kontext untersuchen Andreas Bombarding und Timo Bauer vom Trierer Erneuerbaren-Energien-Projektierer WI-Energy, wie Wasserstoff die Energie aus Photovoltaikanlagen für einen längeren Zeitraum speichern kann und diese für die Sektorenkopplung genutzt werden kann. Wir sprachen mit den beiden Technischen Leitern.

Warum ist Wasserstoffspeicherung im Zusammenwirken mit PV-Anlagen sinnvoll?

Das risikobehaftete Betreiben von Atomkraftwerken und der beschlossene Kohleausstieg führen dazu, dass diese Energieerzeuger hierzulande nach und nach vom Netz gehen. Die regenerativen Energien sollen gegensteuern und eine Lücke in der Energieversorgung verhindern. Gleichzeitig muss die Netzstabilität bei zunehmend schwankender Energieerzeugung sichergestellt werden.
Eine Umwandlung der erzeugten Solarenergie in Wasserstoff ebnet den Weg für einen elektrischen Transport zu Nachfragezentren, die Speicherung der Energie und eine flexible Netzeinspeisung.

Wie ist aktuell der Stand bezüglich Wasserstoffspeicherung?

Eine Möglichkeit ist die gasförmige Speicherung. Das beginnt bei der Gasflasche mit 200 bar und endet bei Hochdrucktanks mit Längen über 300 m, Durchmessern bis 1,5 m und Drücken bis 700 bar. Dieses Verfahren hat sich zurzeit auch in der Automobilbranche durchgesetzt (Pkw: 700 bar, Nutzfahrzeuge: 350 bar).

Zur Erzielung von deutlich höheren Speicherdichten kann Wasserstoff auch verflüssigt werden. Die Speicherdichte kann dabei fast doppelt so große Volumina annehmen. Dazu muss er allerdings auf minus 253 °C herabgekühlt werden, was einen höheren Energieaufwand für Kühlung und Kompression bedeutet. Das macht etwa 10% der End-energie aus. Handelt es sich um große Speichermengen und Transport über weite Strecken, ist diese Variante vorzuziehen.

Geht’s um die zentrale Speicherung von riesigen Mengen Wasserstoff, spricht man von sogenannten Kavernenspeichern. Das sind Hohlräume in unterirdischen Salzstöcken. Erste Innovationsprojekte wie HYPOS zeigen die Möglichkeiten auf. Bisher werden solche Untergrundspeicher als Erdgasspeicher genutzt. In naher Zukunft soll die Erdgasversorgungsinfrastruktur aus Pipelines und Untergrundspeichern auch dem Transport und der Lagerung von großen Mengen Wasserstoff dienen. Das Speichervolumen solcher Kavernen ist gigantisch und liegt in Deutschland im zweistelligen Milliarden-m³-Bereich.

Grafik Photovoltaik H2
Mögliches Szenario einer emissionsfreien Energieversorgung durch Wasserstoff-basierte Sektorenkopplung. Grafik: howcolour/shutterstock.com; freepik; sig Media GmbH & Co. KG

Wie sähe die praktische Umsetzung aus?

Auf dem Weg zu einer CO2-freien Energieversorgung verfolgen wir bei WI-Energy zurzeit zwei grüne Geschäftspotenziale: Eine Idee ist die Verzahnung der Sektoren Elektrizität, Wärmeversorgung und Verkehr, die sogenannte Sektorenkopplung. Am Umweltcampus Birkenfeld wird dabei ein optimaler Autarkiegrad durch das Zusammenspiel von Eigennutzung, Transport, Vertrieb und Netzeinspeisung bestimmt und umgesetzt. Kann der Wasserstoff dann vor Ort nicht direkt weiterverarbeitet werden, muss er transportiert werden.

Eine weitere Idee ist, ein Grundlastkraftwerk mit erneuerbaren Energien und grünem Wasserstoff herzustellen. Das Funktionsprinzip ist einfach: Ca. 60 % unserer erzeugten Energie werden direkt ins Stromnetz eingespeist, die anderen 40 % werden in Wasserstoff umgewandelt, zwischengespeichert und bedarfsgerecht abgerufen, beispielsweise nachts oder im Winter. Das Ergebnis ist eine Blackbox mit konstanter Energieerzeugung, so wie dies zurzeit noch die Kohlekraftwerke abbilden.

Welche Vorteile ergäben sich daraus für die Anwender?

Ein großer Vorteil wäre sicherlich, wenn die breite Masse ihre Gewohnheiten nicht ändern muss. Es soll sich alles so anfühlen wie bisher, nur mit dem feinen Unterschied der CO2-Emissionen. Das funktioniert heute schon mit erneuerbaren Energien und zukünftig mit grünem Wasserstoff. Die Emissionen lassen sich im Vergleich zu den Kohlekraftwerken um mehr als das 15-fache reduzieren und werden dazu beitragen, dass unsere Enkel weiter Spaß auf unserem Planeten haben.

Wie sieht die Kostenseite aus? Ist das wirtschaftlich?

Die Kapitalkosten für Elektrolyseanlagen sind in den letzten 10 Jahren um 60 Prozent gesunken und dürften sich dank Skaleneffekten bis 2030 im Vergleich zu heute nochmals halbieren. Die Kosten für Wasserstoff aus erneuerbaren Energien liegen derzeit bei ca. 5 €/kg.

Das Beispiel Stadtbus zeigt die Möglichkeiten, die schon heute realistisch sind. Wasserstoff-Stadtbus: Verbrauch 9 kg pro 100 km bei einem Wasserstoffpreis von 5 € pro kg = 45 €
Diesel-Stadtbus: Verbrauch 50 l pro 100 km bei einem Dieselpreis von 1 € pro l = 50 €

Prognosen für 2030 beziffern die Kosten für erneuerbaren Wasserstoff auf ca. 1,8 €/kg.

Welche Entwicklungsschritte sind noch zu gehen?

Zurzeit gibt es viele Förderprogramme, die hier Anreize setzen und Blaupausen erschaffen sollen. Zudem werden die Preise für fossile Brennstoffe durch CO2-Zertifikate in den kommenden Jahren deutlich steigen und dadurch die Wettbewerbsfähigkeit von grünem Wasserstoff steigern.

Es bedarf jetzt weiterer politischer Entscheidungen, etwas Mut und guter Ideen, um diese Ziele zu realisieren. Werden hier die Weichen richtig gestellt, besitzen die 2020er-Jahre die Chance, die Wasserstoffwirtschaft in Kombination mit Photovoltaik zum Durchbruch zu führen. (ds)

WI-Energy GmbH
Timo Bauer
tb@wi-energy.de
www.wi-energy.de

Share