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Energieträger von Morgen
Energieintensive Branchen wie die Grundstoffchemie und die Metallindustrie decken ihren Bedarf noch hauptsächlich durch fossile Rohstoffe. In Zukunft soll grüner Wasserstoff zumindest einen Teil davon ersetzen. Pumpen und Armaturen spielen beim Umstieg eine entscheidende Rolle.
Als künftiger Energieträger in fast allen Industriebereichen gilt grüner Wasserstoff. Er soll nicht nur zum Antrieb von Fahrzeugen, sondern auch als Speicher für erneuerbare Energien dienen. In Raffinerien könnte er den bisher verwendeten grauen Wasserstoff bei der Entschwefelung der Vorprodukte von Benzin und Diesel zumindest teilweise ersetzen. Die Stahlindustrie betreibt bereits Pilotprojekte, in denen sie zur Direktreduktion von Eisenerz grünen Wasserstoff nutzt. Auch die Zement-, Glas- und Keramikindustrien suchen nach neuen Wegen, um ihre Prozesse auf eine CO2-neutrale Herstellung umzurüsten.
Dieser Umstieg kann allerdings nur gelingen mit dem Aufbau einer effizienten und zugleich rentablen Wasserstoffwirtschaft. Das beinhaltet die Produktion, den Import sowie den Transport und die Speicherung.
Strategische Partnerschaften für saubere Energie
Grüner Wasserstoff lässt sich dort am sinnvollsten produzieren, wo genügend erneuerbare Energie für die Wasserelektrolyse zur Verfügung steht. In Deutschland setzt das Bundesforschungsministerium aus diesem Grund auf strategische Partnerschaften mit Süd- und Westafrika sowie mit Australien. Dort herrschen hervorragende Bedingungen, um Strom aus Wind und Sonne auf ungenutzten Flächen zu produzieren. In Deutschland will die Bundesregierung bis 2030 eine Elektrolysekapazität von mindestens zehn Gigawatt aufbauen.
Einsatzgebiete vor allem in der Industrie
Grüner Wasserstoff soll zuerst dort zum Einsatz kommen, wo es auch auf absehbare Zeit keine einfacheren, klimaneutralen Alternativen gibt, wo Wasserstoff in hohen Mengen benötigt wird und wohin sich der Transport daher verhältnismäßig einfach organisieren lässt. Das heißt konkret: zuerst in der Industrie. Vor allem die Chemie- und die Stahlindustrie haben einen hohen Bedarf an grünem Wasserstoff.
Eine Herausforderung bei Wasserstoffprojekten ist, dass die Anforderungen in Bezug auf die eingesetzten Komponenten wie Werkstoffe noch variieren. Viele Fragen rund um den Einsatz von Pumpen und Armaturen in den unterschiedlichen Wasserstoffprozessen werden sich letztlich erst klären lassen, wenn die Entwicklung weiter fortgeschritten ist.
Wasserstoff-Container
So funktioniert ein Elektrolyseur.
Ein anderer noch offener Punkt beim Entwickeln neuer Anlagen zur Wasserstofferzeugung betrifft die Anlagengröße. Heute sind die Elektrolyseure in der Regel modular aufgebaut. Ob es in der Zukunft energetisch sinnvoller sein wird, jeden einzelnen Elektrolyseur mit einem eigenen Kühlsystem auszurüsten oder mehrere parallele Anlagen mit einer gemeinsamen Kühleinheit zu bauen, ist noch offen.
Werden in Zukunft eher Containerlösungen oder große Projekte gefragt sein? Die Antwort auf diese Frage hat unmittelbare Auswirkungen auf die Pumpen- und Armaturenauswahl. Während sich die Fördermengen bei Containerlösungen um 10 m³/h bewegen, können sie bei Großprojekten auch über 800 m³/h liegen. Das Gleiche gilt für den Betriebsdruck, dieser kann zwischen 6 und 40 bar liegen. Größere, modular aufgebaute Anlagen können zudem einen höheren Regelungsbedarf für ein optimales Zusammenspiel der Komponenten erfordern. Ein entsprechend breites Produktspektrum benötigen die Anbieter von Pumpen und Armaturen, um ein weites Anwendungsfeld abzudecken. Darüber hinaus zählen vor allem Detailkenntnisse über Anlagentechnik, Fahrweisen und Werkstoffe sowie Energieeffizienz. Das gilt umso mehr, weil verschiedene Technologien für die grüne Wasserstofferzeugung bereits vorhanden sind oder in den Startlöchern stehen.
KSB bedient mit seinen Produkten alle wesentlichen Technologien dieser grünen Wasserstofferzeugung, sei es nun für die alkalische Elektrolyse (AEL), für die Proton-Exchange-Membran Elektrolyse (PEM) oder für künftige Technologien wie den Anionen-Exchange-Membran-Elektrolyseur (AEM) oder die Hochtemperaturelektrolyse (HTEL).
Wasserstoff als klimaneutraler Energieträger kann ein wesentlicher Baustein für den Ersatz von Öl, Gas und Kohle sein.
— Ulrich Stahl, Wasserstoffexperte bei KSB
Wasserstoffkunde
Grüner Wasserstoff
Wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt. Dabei zerlegt elektrischer Strom das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Der benötigte Strom für die Elektrolyse kommt ausschließlich aus erneuerbaren Energien. Dadurch sind sowohl der eingesetzte Strom als auch die Produktion von Wasserstoff CO2-frei.
Grauer Wasserstoff
Hier ist der Ausgangsstoff ein fossiler Brennstoff. Zum Beispiel wird Erdgas unter dem Einsatz von Hitze in CO2 und Wasserstoff umgewandelt. Das entstandene CO2 gelangt in die Atmosphäre und verstärkt dadurch den Treibhauseffekt.
Blauer Wasserstoff
Dabei handelt es sich im Grunde um grauen Wasserstoff. Der Unterschied: Bei blauem Wasserstoff wird das entstandene CO2 gespeichert. Diese Art der Wasserstoffproduktion gilt deshalb als CO2-neutral.
Gelber Wasserstoff
Dabei wird Wasserstoff ebenfalls durch Elektrolyse gewonnen. Der benötigte Strom stammt aus der Kernenergie. Klimaschädliches CO2 entsteht dabei nicht, wohl aber radioaktiver Abfall.
Türkiser Wasserstoff
Er entsteht durch die thermische Spaltung von Methan. Anstelle von CO2 bildet sich hierbei ein fester Kohlenstoff. Um diese Art der Produktion CO2-neutral zu gestalten, müssen erneuerbare Energien zum Einsatz kommen, und der Kohlenstoff muss dauerhaft gebunden werden.
Polykristalline Solarmodule in der NahaufnahmeBewährte Technologie mit Nachteilen
Die seit über einem Jahrhundert bekannte alkalische Elektrolyse gehört zu den am weitesten entwickelten Technologien. Sie besitzt allerdings nur noch ein begrenztes Kostensenkungspotenzial. Da sie aber immer noch langlebiger und zuverlässiger im Vergleich zu anderen Technologien ist, nimmt die Industrie die Nachteile in Kauf.
Innovationen mit Potenzial
Die PEM-Elektrolyse ist eine deutlich jüngere Technologie. Sie zeichnet sich durch Sicherheit, Benutzerfreundlichkeit und hohe Flexibilität aus. Gegenüber der alkalischen Elektrolyse bietet die Technologie viel Potenzial für technische Entwicklungen und Kosteneinsparungen, zudem benötigt sie keine bedenklichen Chemikalien. Mit Ausnahme des giftigen Elektrolyts sind die Einsatzbedingungen für Pumpen und Armaturen mit denen der Alkalielektrolyse vergleichbar. Vor allem wird die Technologie interessant, wenn die Wasserstoffproduktion aus regenerativem Strom in Zukunft massentauglich werden soll.
Auch für künftige Technologien wie die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEM) oder die Hochtemperaturelektrolyse (HTEL) ist KSB gerüstet. Hier liegt die Herausforderung in den hohen Temperaturen, die besondere Anforderungen an die Werkstoffe stellen.