Wissenschaftler:innen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben mit weiteren Projektpartnern an einem technischen Anlagenkonzept und an einem Design für eine Wasserstoffelektrolyseanlage entwickelt. Das Besondere: Die Anlage ist für den Einsatz auf dem Meer optimiert. Mit der Anlage wollen die Forscher:innen zeigen, dass Offshore produzierter Windstrom direkt in Form von Wasserstoff gespeichert und dieser vor dort abtransportiert werden kann, und dass dies auch noch wirtschaftlich ist.
Flexibel auf Erzeugungsschwankungen reagieren
Grundlage der gesamte Anlage ist ein Proton-Exchange-Membran-Elektrolyseur (PEM) mit einer Leistung von 500 Megawatt. „Die PEM-Elektrolyse ist die bevorzugte Technologie für die Offshore-Umgebung. Wir können mit diesem Elektrolyseur auf das begrenzte Platzangebot auf der Plattform angemessen reagieren und nutzen das dynamische Betriebsverhalten dieser Elektrolysevariante“, begründet Anna Wunsch die Auswahl. Sie hat dieses Arbeitspaket betreut und die technische Auslegung des Systems berechnet. Mit PEM-Elektrolyseuren können die Betreiber zügig auf Schwankungen der zugeführten Energie reagieren und den Elektrolyseur problemlos auch in Teillast betreiben.
Landnutzungskonkurrenz vermieden
Der Elektrolyseur kann mit seiner Leistungsaufnahme von 500 Megawatt jedes Jahr bis zu 50.000 Tonnen grünen Wasserstoff produzieren. Der damit erzeugte Wasserstoff soll komprimiert und in gasförmigem Zustand an Land gebracht werden. Die energetische Versorgung der Elektrolyse erfolgt mittels eines Offshore-Windparks. „Für Länder wie Deutschland, in denen die großtechnische Erzeugung von grünem Wasserstoff aufgrund von beispielsweise Landnutzungskonkurrenz bereits jetzt eine Herausforderung ist, ist die Wasserstofferzeugung auf dem Meer mit Hilfe der Offshore-Windenergie eine zusätzliche Option“, begründet Marius Holst von Fraunhofer ISE den Entwicklungsansatz. „Die Wasserstofferzeugung auf dem Meer bietet gleichzeitig hohe Volllaststunden und die Chance, die gesamte Wertschöpfungskette auf nationaler Ebene abzudecken, bei gleichzeitiger Entkopplung von Offshore-Windausbau und Netzausbau“, nennt Holst noch weitere Vorteile.
Modulares Konzept entwickelt
Das entwickelte Konzept ist zunächst eine Blaupause und der Ausgangspunkt für die Entwicklung von Pilot- und Großprojekten. Zusätzlich soll es für die Erarbeitung entsprechender Regularien dienen. Mit den 500 Megawatt Elektrolyseleistung auf offenem Meer betreten die Forscher:innen Neuland. Doch der Vorteil der hohen Leistung ist, dass das Konzept schneller und großskaliger umgesetzt werden kann. Denn das System hat einen skalierbaren und modularen Aufbau, der sich leicht an unterschiedliche Kapazitäten der Wasserstofferzeugung anpassen lässt.
Frischwasser kommt aus dem Meer
Das Frischwasser für den PEM-Elektrolyseur wird durch Entsalzung von Meerwasser bereitgestellt, wobei die Abwärme der Elektrolyse genutzt wird. Der erzeugte Wasserstoff wird zunächst gereinigt und getrocknet. Danach wird er auf bis zu 500 bar komprimiert und auf ein Transportschiff umgeladen. Pro Transport werden mit dem Schiff bis zu 400 Tonnen Wasserstoff von der Offshore-Plattform an Land geliefert. Damit wird das Konzept auch unabhängig von Wasserstofftransportleitungen. Dadurch kann der Standort flexible ausgewählt werden, ohne dass sie aufwändig an Land angebunden wird.
Am Projekt waren neben dem Fraunhofer ISE auch die PNE AG als Projektkoordinator beteiligt. Das Unternehmen hat sich auf die Projektierung und den Betrieb von Ökoenergieanlagen spezialisiert. Außerdem haben sich auch der Anlagenbauer Silica Verfahrenstechnik, das auf Offshorewind- und Wasserstofftechnologien spezialisierte Beratungsunternehmen Kongstein und der Anbieter von Hochdruckspeichern für Wasserstoff Wystrach beteiligt. (su)
