Haßfurt

Wie Haßfurt Wasserstoff zum Energiespeicher der Zukunft macht

Überschüssige Energie zu speichern, ist die Schwachstelle beim „grünen Strom“. Das Stadtwerk Haßfurt und Erlanger Forscher zeigen indes, was möglich ist - mit Wasserstoff.
Eine Brennstoffzelle für Wasserstoff (Symbolbild)
Foto: Getty Images/luchschen | Eine Brennstoffzelle für Wasserstoff (Symbolbild)

Haßfurt ist in Sachen regenerative Energien ein Vorreiter in Deutschland, wenn nicht gar in Europa. Während Deutschland verstärkt darauf setzt, mit Wasserstoff Autos oder Lkw anzutreiben, will die EU mit Wasserstoff auch die Industrie langfristig zur Klimaneutralität führen: Wasserstoff, so die Europäische Kommission, könne „die Dekarbonisierung von Industrie, Verkehr, Stromerzeugung und Gebäuden in ganz Europa unterstützen“.

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In Haßfurt versorgt ein Windpark mit zehn Windrädern die Stadt mit regenerativem Strom - wenn der Wind weht. Wenn zu viel Strom in den Netzen ist, müssen solche Anlagen oftmals abgeregelt werden. Grund dafür: Speicher fehlen. Doch in Haßfurt hat man eine Lösung gefunden: Wasserstoff. Das Brenngas entsteht mithilfe einer Power-to-Gas-Anlage und wird in Tanks gespeichert. So kann letztlich der Windstrom gespeichert werden. Der energiereiche Wasserstoff lässt sich zum Erdgas im normalen Gasnetz einspeisen oder bei Bedarf in einem Blockheizkraftwerk in elektrischen Strom und Heizwärme umwandeln. Apropos Blockheizkraftwerk: Gerade baut Haßfurt zusammen mit der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg das weltweit erste, das mit reinem Wasserstoff betrieben wird.

Die Power-to-Gas-Anlage in Haßfurt erzeugt Wasserstoff, um zum Beispiel Strom aus Windkrafträdern zu speichern.
Foto: René Ruprecht | Die Power-to-Gas-Anlage in Haßfurt erzeugt Wasserstoff, um zum Beispiel Strom aus Windkrafträdern zu speichern.

In Haßfurt wird Windstrom in Wasserstoff gespeichert

Wie die Windenergie in den Speichertank kommt? Mit dem Windstrom wird Wasser (H2O) per Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. In jeder Elektrolyse-Zelle stecken 250 Membrane, vergleichbar mit extrem dünnen Kaffeefiltern, die Wasserstoff- und Sauerstoffatome voneinander trennen. Der Sauerstoff wird dann an die Umwelt abgegeben. Der Wasserstoff lässt sich in einem Tank speichern.

Etwa zwei Millionen Euro hat die vollautomatische Elektrolyse-Anlage in Haßfurt gekostet. Seit vier Jahren ist sie in Betrieb und liefert bis zu 1,25 Megawatt (MW) regenerativen Strom. Wichtiger Partner des Projekts war der bundesweite Energieversorger Greenpeace Energy. Der dazugehörige Windpark mit zehn Windkrafträdern erzeugt vor allem in den windigen Winterhalbjahren viel Strom. Im Sommer dagegen liefern die knapp 500 installierten Photovoltaik-Anlagen etwas mehr Energie. Insgesamt produzieren sie pro Jahr etwas mehr als 9 Mio. kWh.

Haßfurt profitiere von diesem regenerativen Erzeugungsmix, sagt Norbert Zösch, Geschäftsführer der Stadtwerk Haßfurt GmbH: „Wir produzieren in Haßfurt somit bereits über 200 Prozent, also etwa 90 Millionen der benötigten 40 Millionen Kilowattstunden unserer Haushalts- und Gewerbekunden.“ 

Stadtwerk-Geschäftsführer Norbert Zösch setzt voll auf Wasserstoff.
Foto: Annabell Sahlender | Stadtwerk-Geschäftsführer Norbert Zösch setzt voll auf Wasserstoff.

Zösch ist sich der Vorreiterrolle bewusst. Er sieht vor allem im Speichermedium Wasserstoff die beste Lösung, um den Auswirkungen des Klimawandels effizient entgegenzusteuern. Man müsse für die Energiewende den weiteren Ausbau „unterstützen und nicht behindern", fordert der Stadtwerk-Geschäftsführer.

Windkraft spielt bei erneuerbaren Energien entscheidende Rolle

Erneuerbare Energien gehören inzwischen zu den wichtigsten Stromquellen in Deutschland. Im Jahr 2019 betrug der Anteil des „grünen Stroms“ laut Bundeswirtschaftsministerium 42 Prozent. Bis 2025 sollen bis zu 45 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. Mit knapp 70 Prozent stellen Wind- und Solarenergie dabei derzeit den Hauptanteil. Vor allem die Windkraft spielt eine entscheidende Rolle.

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Doch ist der Ausbau der Windkraftanlagen ins Stocken geraten, in Bayern durch die umstrittene 10H-Regelung (Abstand zu Wohngebäuden in Gebieten mit Bebauungsplan mindestens das 10-Fache ihrer Höhe) gar zum Erliegen gekommen. Norbert Zösch kann diese Regelung nicht nachvollziehen, so könne man die Energiewende nicht vorantreiben. Gerade für den Ausbau der Wasserstofftechnologie seien neue Windkraftanlagen unerlässlich.

Haßfurt demonstriert, wie in Bayern Windenergie effektiv genutzt werden kann. Auch 80 Kilometer weiter, im Unternehmen "Hydrogenius" aus Erlangen, sieht man in Wasserstoff als Energiespeicher eine große Zukunft. Denn Wasserstoff lässt sich nicht nur in Erdgasleitungen pumpen, er sorgt auch für emissionsfreie Mobilität. Noch ist die Bereitstellung großer Wasserstoffmengen an Wasserstofftankstellen ist eine große Herausforderung. Der Transport ist teuer und mit Sicherheitsrisiken verbunden, weil reiner Wasserstoff mit Sauerstoff explosive Gemische bildet - Stichwort Knallgas. "Hydrogenious" bietet als Lösung eine Technologie, die Wasserstoff in Öl  speichert.

Entwicklung aus Erlangen: Wasserstoff wird in Öl gespeichert

Entwickelt haben das Verfahren drei Forscher, darunter Peter Wasserscheid, Direktor am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien. Es erlaubt, Wasserstoff in der heute schon verfügbaren Infrastruktur für Kraftstoffe zu speichern und auch zu transportieren. „Wir suchten nach einer Trägerflüssigkeit, um regenerativ erzeugten Wasserstoff sicher verwahren zu können“, erklärt Wasserscheid. „Mit Dibenzyltoluol wurde ein Stoff gefunden, der industriell für seine hohe Stabilität bekannt ist und sich hervorragend als flüssiger Wasserstoffträger eignet.“

Prof. Dr. Peter Wasserscheid forscht nach Aufbewahrungs- und Transportmöglichkeiten für Wasserstoff.
Foto: FAU/David Hartfiel | Prof. Dr. Peter Wasserscheid forscht nach Aufbewahrungs- und Transportmöglichkeiten für Wasserstoff.

Das Szenario: Windkrafträder produzieren überschüssigen elektrischen Strom, so wie in Haßfurt. In einem Hydrier-Reaktor wird der Wasserstoff unter Druck mit Dibenzyltoluol, einer organischen Flüssigkeit, kurz LOHC (engl.: liquid organic hydrogen carriers), zusammengebracht und fest daran  gebunden. „Das Prinzip ähnelt dem Füllen und Leeren einer Pfandflasche, die danach für den nächsten Speicherzyklus wieder bereitsteht“, so Wasserscheid. Gebunden an das flüssige Dibenzyltoluol lässt sich der Wasserstoff gefahrlos transportieren. Abnehmer können eine beliebige Industrieanlage oder eine Wasserstofftankstelle sein. 

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Der entscheidende Faktor sei die Speicherung der Energie, also die Einlagerung des Wasserstoffs. Um den Wasserstoff aus der beladenen Flüssigkeit wieder lösen zu können, braucht es Temperaturen von 250 bis 300 Grad Celsius. Die Rückgewinnung des Wasserstoffs findet laut Wasserscheid in einer Dehydrierungseinheit mit einem Katalysator statt. Die chemische Bindung zwischen Energieträger und Wasserstoff wird dabei wieder gelöst, der Wasserstoff dann direkt in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt.

Sowohl das Stadtwerk Haßfurt als auch das Erlanger Unternehmen sehen in Wasserstoff als Energiespeicher die Zukunft in der Energiewende. Das Stadtwerk hat das Ziel klar definiert: null Emissionen in allen Sektoren. Nicht nur in kommunalen Vorzeigeprojekten, sondern in ganz Deutschland. Norbert Zösch fordert deshalb, die die Dominanz der "Etablierten" des Energiesektors zu durchbrechen - „und dann den Wasserstoff an die Position bringen, wo er hingehört“.

Serie Bioökonomie

Dieser Artikel ist Teil der Serie Bioökonomie, die in loser Reihenfolge erscheint. Beteiligt sind rund 200 Studierende der Universität Würzburg, der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt und der Macromedia-Hochschule Köln. Alle Texte finden Sie unter: www.mainpost.de/bioökonomie
Das Projekt findet im Rahmen des "Wissenschaftsjahres 2020/21" statt und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Eine Multimediareportage der Studierenden finden Sie unter www.bioökonomie.info. Weitere Informationen gibt es unter www.wissenschaftsjahr.de.
Quelle: jst
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