Besichtigung der Tube Trailer genannten LKW bei Lhyfe zum Transport des Wasserstoffs zu Kunden wie zum Beispiel Tankstellen
Zum deutschen Wasserstoffhochlauf liefern die hier vorgestellten Unternehmen ein breites Angebot für vielfältige Nutzungskonzepte.
Tilman Weber
So also könnte sich die Wasserstoffrevolution von unten zügig fortpflanzen. Das E-Farm-Prinzip des schleswig-holsteinischen Erneuerbare-Energien-Unternehmens GP Joule fährt auf den Straßen Nordfrieslands in Gestalt von Wasserstofflinienbussen und der ersten von 30 Wasserstoff-PKW des Verbundprojektes E-Farm. Von GP Joule initiiert und projektiert, erzeugt die E-Farm den emissionsfreien Energieträger in fünf 225-Kilowatt-Elektrolyseuren, platziert nah an Windparks, deren Strom die Elektrolyseure antreibt. Je eine Tankstelle in Husum und in Niebüll bekommen den Stoff über die Straße angeliefert – demnächst exportiert die E-Farm ihn auch an je eine Tankstelle in Hamburg und Flensburg.
Damit das 2021 in Betrieb gegangene Prinzip sich rasch ausbreitet, verbindet es mehrere regionale Teilhaber, wie in Nordfriesland zum Beispiel die Windparkbetreiber, ein Autohaus, Logistik- und Transport-Unternehmen, Stadtwerk, Brennstoff- oder Entsorgungsspezialisten. Für Bremerhaven und das schwäbische Waiblingen hat GP-Joule mit Partnern ähnliche Projekte gegründet und Förderzusagen erreicht. Auch für Emden, Kiel und ein Projekt in Brandenburg existieren Pläne. Fünf-Jahres-Ziel bei GP Joule sind 150 Tankstellen.
Außer einer staatlichen Förderung sichert auch das Zulieferunternehmen H-Tec Systems die Wirtschaftlichkeit. Zuletzt war der Treibstoff an den zwei Tankstellen schon für 9,99 Euro pro Kilogramm zu bekommen, wobei ein Kilogramm für 100 Kilometer PKW-Fahren reicht und so mit auf Kilometer umgerechneten Preisen fossilen Sprits gleichzieht. H-Tec Systems verspricht Energieumwandlungs-Effizienzen von bis zu 90 Prozent, auch dank Nutzung der Prozesswärme der Elektrolyseure. So versorgt E-Farm ein Nachbardorf eines Windparks mit Fernwärme. Zudem ist das 1997 gegründete Unternehmen aus Augsburg weit fortgeschritten im Design modularer Elektrolyse-Einheiten für die etablierte PEM-Technik. Für PEM gibt es kostengünstige Bauteile aus industrieller Großproduktion.
Von 2010 bis 2019 war H-Tec Systems ein Tochterunternehmen von GP Joule. Dann wechselte es zum Großanlagenbauer MAN Energy Solutions aus dem Volkswagenkonzern. Mit dem Konzern im Rücken zielt H-Tec Systems auf die nächsten Dimensionen. Im Mai stellte es auf der Industrie- schau Hannover Messe einen Elektrolyseur mit bis zu zehn Megawatt (MW) vor. Die wie eine klassische Reihengarage anmutende Konstruktion enthält Zwei-MW-Einheiten mit je neun Stacks – so heißen die Bündel an Protonen-Austausch-Membranen (englische Abkürzung: PEM), die das Wasser in Wasser- und Sauerstoff spalten. Jede Einheit ist über ein Garagentor zugänglich. Außerdem beherbergt die Reihe die Anlagenperipherie aus Druckerzeugung, Tanks, Spannungsregelung sowie Steuerung der Anlage. Die Cubes, wie sie H-Tec Systems nennt, lassen sich modular kombinieren und zentral steuern.
Foto: TÜV SÜD
Rohrlagerplatz für die Wasserstoffinfrastruktur
Wie schnell innovative Akteure sich an unterschiedlichsten Bedürfnissen ausrichten, können Besucher der globalen Windenergie-Leitmesse im September besichtigen. Die Messegesellschaft Hamburg Messe und Congress GmbH als Veranstalterin der Wind Energy Hamburg gestaltet eine Teilausstellung nur für den neuen Markt für Wasserstoff aus überschüssigem Grünstrom.
In einer eigenen Halle soll die „H₂ Expo & Conference“ natürlich den Austausch zu Wasserstoff als Treibstoff im Verkehr fördern. Hier reicht ein Zehn-MW-Elektrolyseur derzeit zum Volltanken von 40 bis 50 Lastwagen pro Tag aus. Aber genauso wird die Sonderschau auch Modelle und Produkte für Wasserstoff als rückverstrombares Speichermedium auf die Tagesordnung bringen – oder als Energieträger in Industrieprozessen anstelle von Kohle und Gas. Möglicherweise ist es wie der Vorstandsvorsitzende des Deutschen Wasserstoffverbands DWV, Werner Diwald, sagt: Die Wasserstoffbranche sei bei Technologie und Konzepten „an einem Punkt, an dem sie den Energieträger als Marktprodukt einführen kann“ (Interview Seite 38). Nun müsse die Politik die Rahmenbedingungen setzen.
Schon mit den Reformen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2021 erließ die Politik unter der vorigen Regierungskoalition aus CDU und SPD eine auf 5.000 „Vollbenutzungsstunden“ begrenzte Befreiung von der EEG-Umlage für die Stromnutzung in Elektrolyseuren, die aus Grünstrom Wasserstoff herstellen. Die neue Bundesregierung aus SPD, Grünen und FDP schafft die EEG-Umlage zu Anfang 2023 ganz ab. Zudem führt sie Ausschreibungen für innovative Projekte ein, die grünen Wasserstoff erzeugen, zwischenspeichern und bei knapper Stromerzeugung und hohen Strompreisen rückverstromen. Es betrifft Ausschreibungsvolumen von bis zu jährlich 1.500 MW.
Erforderlich ist dafür eine schnelle flexible Auslegung der Elektrolyse auf unterschiedlichste Anwendungskonzepte. Dass diese gelingt, ist auch eine Frucht langjähriger technologischer Vorarbeit. Das zum Kyocera-Konzern gehörende Kyros Hydrogen Solutions aus Föritztal mit 20 Beschäftigten hatte noch vor gut fünf Jahren eigene Anlagen mit alkalischer Hochdruckelektrolyse entwickelt. Diese verspricht Langlebigkeit des eingesetzten Materials und kommt anders als PEM ohne Edelmetalle aus. Die Thüringer nutzen heute PEM-Technik, wie Chef Bas Groenen erklärt (Interview Seite 37), um mit modularen Einheiten aus preisgünstigen Industriebauteilen jedes Kundenkonzept schnell umzusetzen.
Foto: H-Tec Systems
Installation des Ein-MW-Elektrolyseurs Haurup im April 2021, dessen „Windgas“ Green Planet Energy abnimmt.
Dieselben Entwickler hatten aber noch kürzlich die Hochdruckperipherie selbst designt, weil es für alkalische Elektrolyse kaum Bauteile gab: für Rohre, Ventile, Tanks und Verdichter. Diese Erfahrung hilft ihnen nun, die Maße jeder Anlage sowohl auf den zu erwartenden Stromüberschuss der den Elektrolyseur beliefernden Grünstromanlagen als auch auf konkreten Kundenbedarf zuzuschneiden. Designs für Drücke von 40 bis 1.000 Bar beherrscht Kyros Hydrogen Solutions dank der Vorerfahrung gut. Das ist gut, weil das besonders flüchtige Gas je nach Anwendung unterschiedlich stark verdichtet werden muss. Auch können die Spezialisten den Auftraggebern bei den Genehmigungsverfahren helfen. Zudem verspricht Key Account Manager Valentin Schulz „sämtliche Wertstoffe der Elektrolyse zu nutzen, damit wir den Gesamtwirkungsgrad erhöhen“: In einem Projekt speist Kyros Hydrogen Solutions nun den abgespaltenen Sauerstoff in Becken einer Kläranlage ein. Es belebt die Bakterien, die das Wasser säubern, und führt zu Energieeinsparungen.
Zur Modularisierung und Standardisierung tragen derweil Digitalisierungsunternehmen wie Weidmüller bei. Der in der Grünstrombranche durch Steuerungs-, Überwachungs- und Sensortechnik verankerte Detmolder Zulieferer hat auch für die grüne Wasserstoffwirtschaft steckbare Sensoren, Datensammel- und Stromversorgungsmodule im Angebot. Mit diesem Werkzeug will Weidmüller die Unregelmäßigkeiten der Datenkurven automatisiert auswerten lassen, um eine vorausschauende Wartung absehbarer Schäden zu koordinieren.
1.500 Megawatt (MW) Elektrolyseleistung maximal und minddestens 900 MW könnten Ausschreibungen ab 2023 jährlich für Wasserstofferzeugung ausloben. Die jetzt verabschiedeten Reformen für Offshore-Windkraft und für Erneuerbare-Energien-Anlagen an Land stellen zwei parallele Aussschreibungsserien in Aussicht – 2023 beginnend mit 400 und 500 MW und 2028 endend mit 1.000 und 500 MW.
Weidmüller ist wie knapp 100 weitere Unternehmen dem Förderverein Aqua Ventus beigetreten. Dieser tritt für einen Ausbau von zehn Gigawatt (GW) Elektrolyseleistung in deutschen Offshore-Windparks bis 2035 ein sowie für den Bau entsprechender Infrastruktur, etwa einer zentralen Abnahmepipeline. Die Weidmüller-Digitalisierung soll die Daten aus solchen entfernt gelegenen Infrastruktureinrichtungen über Datenwolken auf ausgelagerten oder auch lokalen Servern abrufbar machen.
Bild: Weidmüller
Oben: Weidmüller-Vision einer Sektorenkopplung mit Wasserstoff MItte: Tanken an Elektrolyseur von Kyros Hydrogen Solutions
Unten: Wasserstoff aus Strom des WPD-Windparks Storgrundet ab 2025 mit 600-MW-Elektrolyseur?
Foto: Kyros Hydrogen Solutions
Bild: Lhyfe
„Wollen sämtliche Wertstoffe der Elektrolyse nutzen, um den Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen.“
Selbst Zulieferer von Kleinstkomponenten wie das Schrauben- und Edelstahlrohr-Unternehmen Schwer Fittings liefern eigene spezialisierte Produkte. Schwer Fittings vertreibt ein System für den gasförmigen Energieträger, das mittels Klemm- und Keilring sowie einer Überwurfmutter eine besonders dichte Schraubverbindung erreicht.
Für die Absicherung der Innovationen der neuen Grüner-Wasserstoff-Szene durch Zertifizierungen, Beratungen und ergänzende Ingenieurdienstleistungen haben sich derweil Prüforganisationen wie die Tüv-Unternehmen breit aufgestellt. Der Tüv Süd legt einen Schwerpunkt auf die auf Wasserstoffbetrieb umzurüstenden Gaskraftwerke (Interview Seite 43). Die Europäische Union hat die nach dem Wasserstoff-Molekül benannte H2-Fähigkeit von Gaskraftwerken für die Mitgliedstaaten vorgegeben. Demnach dürfen Kraftwerksbetreiber ihre Anlagen spätestens 2036 nur noch mit klimaneutralen Energieträgern betreiben. Die Bundesregierung schreibt H2-Fähigkeit für die künftige Kraft-Wärme-Kopplung vor. Tüv Süd verfasste den „weltweit ersten Leitfaden für die H2-Readiness“ von neuen Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD). Es ist ein Fahrplan, wie sich ein GuD-Kraftwerk im Betrieb auf Beimengung und dann Nutzung ausschließlich von Wasserstoff umrüsten lässt. Je ein Zertifikat für ein gelungenes Konzept, richtige Auslegung der Projektierung und die Umrüstung hat Tüv Süd dafür entwickelt. Das erste Konzeptzertifikat erteilten die Tüv-Experten Ende 2021 Siemens Energy.
Zudem begleitet Tüv Süd breit angelegte Wasserstoffwirtschafts-Modellprojekte. In Esslingen bei Stuttgart ist Tüv Süd zum Beispiel bei der Entwicklung eines Stadtquartiers mit 450 Wohnungen im Boot, das erstmals Wasserstoff auf Quartiersebene sowohl produziert als auch nutzen soll.
Mit der Wasserstoffinitiative Hydro Hub bündelt die TÜV NORD GROUP einige der in der Gesamtorganisation vorhandenen Wasserstoff-Kompetenzen. Die Hydro-Hub-Experten sorgen dafür, dass Wasserstoff-Projektanliegen aus Wirtschaft und Politik jegliche Betreuung aus den Abteilungen erhalten. Insbesondere kann das Unternehmen seine Expertise zur Wirtschaftlichkeit von Projekten und Konzepten einsetzen – mit Machbarkeitsstudien und Technikgutachten.
So lieferte Hydro Hub der Hamburger Wirtschaftsbehörde ein Gutachten zu technologischen Rahmenbedingungen als Basis für die Hamburger Wasserstoff-Importstrategie. Import-Export-Strategien hätten „zu Beginn des Wasserstoffhochlaufs einen großen Hebel auf das Gelingen unerschiedlicher Wasserstoffstrategien“, sagt Hydro-Hub-Leiter Carsten Gelhard (Interview Seite 41).
Die Metropole an der Elbe ist zum wohl führenden Areal in Deutschland einer quicklebendigen Wasserstoff-Experimentier- und -Wirtschaftsszene geworden. Dort koordiniert die Clusteragentur für die Energiewende in Hamburg, Erneuerbare Energien Hamburg (EEHH), seit 2021 auf Basis eines Mandats der Stadt alles, was Wirtschaft und Politik für ihr Zusammenspiel beim Wasserstoffgeschehen an Koordinierung brauchen. Dass viel los ist, kann die Agentur mit einem Fingerzeig auf das breite Projektgeschehen nachweisen: „Projekte bei industriellen Prozessen“ für Chemieindustrie und die Produktion von Aluminium, Kupfer und Stahl – wie eine nun geplante „Pilotanlage für die Direktreduktion von Eisenschwamm mittels Wasserstoff“, „Anwendungen im Transport- und Logistiksektor … und in der Luftfahrt“. Und 2030 will Hamburg sogar ein „Wasserstoffökosystem“ mit Projekten „entlang der gesamten Wertschöpfungskette“ sein.
Foto: RWE
Oben: Gut geschultes Personal, hier bei Fest, zahlt sich für die Wasserstoffindustrie aus. Unten: Sopna Sury ist RWE-Generation-Vorstand als Chefin des operativen Geschäfts der Wasserstofferzeugung.
Foto: FEST
Das Potenzial ist allein in Hamburg enorm. Während die Nationale Wasserstoffstrategie von 2020 noch auf einen zehnjährigen Aufbau der Elektrolysekapazitäten für grünen Wasserstoff von fünf GW abzielt, womit nur ein kleinerer Teil des Bedarfs für Deutschland abgedeckt wäre, geht allein die Hansestadt jetzt bis 2030 von 550 MW eigener Kapazität aus. Zum Glück nimmt die Projektierungsfreude überall schnell zu, wie Analysedienst Delta EE belegt. Die Experten aus Edinburgh berichteten im Februar von europaweit projektierten Vorhaben mit einer Erzeugungskapazität für 2025 von 8,8 und bis 2026 von fast11 GW. Ein Jahr zuvor hatten die Briten durch ihre Industriebeobachtung für 2025 erst 2,7 GW Elektrolyseleistung vorausgesehen.
Entsprechend groß planen große Akteure wie RWE. Mehr als 250 Mitarbeiter lässt der Energieversorger schon an Wasserstoffangelegenheiten mitarbeiten, 50 sogar im eigenen Ressort. Die Wichtigkeit verkörpert seit Februar 2021 die Besetzung der neu geschaffenen Vorstandsstelle bei RWE Generation fürs Operative in Sachen Wasserstoff durch die Energiewirtschaftsexpertin Sopna Sury. 30 H₂-Projekte in Deutschland und das 2030-Ziel einer eigenen Elektrolysekapazität von zwei GW will der Konzern so zum Erfolg führen. Zudem setzt RWE darauf, dass seine Energiehandelssparte auch die Logistik der Wasserstoffnutzung Dritter abwickeln wird.
Nun geht RWE im Schnelldurchlauf ein 14-MW-Großprojekt im nordrhein-westfälischen Lingen an. Zu Mitte 2023 soll die Anlage stündlich 290 Kilogramm grünen Wasserstoff liefern. Bis 2026 ist der stufenweise Ausbau auf 300 MW vorgesehen. Das Besondere in Lingen: Hier testet RWE die PEM- im Vergleich zur alkalischen Hochdruck-Elektrolyse. Die Projektverantwortlichen teilen die Anlage in zwei Elektrolyseure beider Technologien auf.
500 Megawatt und vielleicht sogar ein wenig mehr beträgt die anvisierte Elektrolyse-Leistung der größten angekündigten Wasserstofferzeugungsprojekte ab Mitte des Jahrzehnts.
Größe ist indes nicht nur eine Angelegenheit der größten Akteure: Das mittelgroße dänische Spezialunternehmen Topsoe will mit einer 500-MW-Anlage in Jütland ab Betriebsstart 2024 die Festoxid-Elektrolyse als drittes Verfahren zur Marktreife führen. Derweil projektiert, baut und liefert die 200 Mitarbeiter beschäftigende Fest GmbH aus Goslar nur Komplettanlagen in einer Kapazitätsreichweite von 2 bis 30 MW. Auf das eigene „Kern-Knowhow in der Prozessautomatisierung, Energieversorgung und IT“ setzend, baute sie 2020 infolge einer Neuordnung im Mutterunternehmen Schmidt-Kranz-Gruppe den Geschäftsbereich Green-H2-Systems auf. Aktuell nimmt Fest ein PEM-Projekt zweier 2,5-MW-Anlagen in Betrieb, das der Back-up-Versorgung von Triebwagenzügen dient.
Lhyfe aus Frankreich schließlich geht das neue Wirtschaftsfeld einzig als Projektierer und Betreiber der Elektrolyseure an. Das Unternehmen ist ebenfalls schnell. Später im Jahr will es in einem Testfeld vor der Atlantikküste den ersten an einer Windturbine im Meer installierten Elektrolyseur in Betrieb nehmen – einer schwimmenden Turbine.
Luc Graré, Leiter des internationalen Geschäfts bei Lhyfe, verweist auf das Vorbild der Independent Power Producer (IPP) in der Solarbranche. Der Belgier war früher Chef von REC Solar. Seit Juli 2020 treibt er bei Lhyfe das Wachstum gemäß der IPP-Erfolgsstory großer Erneuerbare-Energien-Projektierer voran: Nach der klassischen Start-Up-Finanzierung mit 18 Millionen stellte Lhyfe rasch viele qualifizierte Mitarbeiter ein – darunter 30 Ingenieure etwa für Prozesstechnik und Elektrochemie. Weil das hochqualifizierte Personal das Montieren und die stete Optimierung der Technologie in Eigenregie ermöglicht, kommt Lhyfe bei Installationen und Kostensenkungen zügig voran (siehe Interview unten). Wie es geht, führten die Franzosen bei ihrem ersten PEM-Elektrolyseur am Firmenstandort vor, der Strom eines Windparks von nebenan erhält. Nach der Installation fanden sich sofort Abnehmer: auch ein nahes Lager, wo Lhyfe die Elektromotoren der Gabelstapler durch Brennstoffzellen und Wasserstofftanks ersetzte. Nun braucht der neue Wasserstoffkunde weniger Stapler, weil stundenlange Elektroladezeiten entfallen. Auf diesen Bedarf an schnellen, schrittweisen Entwicklungen setzt Lhyfe: Weil Industriefirmen nicht riskierten, ihre volle Produktion sofort auf die nicht etablierte Energiequelle zu stützen, ist Graré überzeugt, suchten sie die Umstellung mit modular erweiterbarer Elektrolyse.
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