»Grüner« Wasserstoff im Großmaßstab

4.3.2020

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft – zurecht, wenn er »grün« ist und mit Strom aus erneuerbaren Energien aus Wasser gewonnen wird. Mit der Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP am Chemiestandort Leuna setzen Sachsen-Anhalt und die Fraunhofer-Gesellschaft nun Maßstäbe. Heute übergab der Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitalisierung des Landes, Professor Armin Willingmann, den Zuwendungsbescheid für die ELP und die Skalierungsplattform Hy2Chem. Mit dieser soll der im Großmaßstab erzeugte Wasserstoff zur nachhaltigen Herstellung von Grundchemikalien und Kraftstoffen genutzt werden.

Freude über den Startschuss: Willi Frantz (Geschäftsführer der TOTAL Raffinerie Mitteldeutschland GmbH), Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn (Vorstand Fraunhofer-Gesellschaft), Gerd Unkelbach (Leiter Fraunhofer CBP), Dr. Sylvia Schattauer (stv. Leiterin Fraunhofer IMWS), Prof. Dr. Armin Willingmann (Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitalisierung des Landes Sachsen-Anhalt), Dr. Joachim Wicke (Vorstandsvorsitzender HYPOS e.V., von links).

Rund 100 000 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde benötigt die Mitteldeutsche Chemieregion, hauptsächlich am Industriestandort Leuna für ihre chemischen Prozesse. Bislang wird der benötigte Wasserstoff konventionell aus Erdgas gewonnen. Damit ist die Chemieregion nicht nur einer der größten Nutzer von Wasserstoff, sondern auch einer der größten Emittenten von CO2. Dies soll sich jetzt ändern. Denn Wasserstoff kann – mit Strom aus regenerativer Energie – auch umweltfreundlich und klimaneutral aus Wasser hergestellt werden: In sogenannten Elektrolyseuren wird Wasser dabei per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.

Mit einer einzigartigen Forschungseinheit, der Fraunhofer Elektrolysetest- und
-versuchsplattform ELP, werden zukünftig innovative Technologien zur Erzeugung von regenerativem Wasserstoff im Großmaßstab mit einer exzellenten Infrastruktur an Gaspipelines und Gasspeichern am Chemiestandort Leuna zusammengeführt. Die Entwicklung und Skalierung von neuen Elektrolysesystemen und der chemischen Nutzung des mit regenerativer Energie erzeugten »grünen« Wasserstoffs wird dabei gemeinsam vom Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna und dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) vorangetrieben.

Am 4. März überreichte der Wirtschaftsminister Sachsen-Anhalts, Professor Dr. Armin Willingmann, die Zuwendungsbescheide für die Fraunhofer ELP und Hy2Chem im Fraunhofer CBP. »Grüner Wasserstoff ist ein zentrales Puzzleteil der Energiewende und bietet obendrein riesiges Potenzial für den Strukturwandel nach dem Kohleausstieg. Der Standort Leuna hat durch Knowhow und Infrastruktur beste Voraussetzungen, um zum Nukleus einer deutschen Wasserstoff-Wirtschaft zu werden. Dafür muss es gelingen, die Erzeugung von Wasserstoff mithilfe erneuerbarer Energien jetzt auch im industriellen Maßstab zum Erfolg zu führen. Der vom Land geförderte Aufbau der beiden Pilotanlagen, an denen auch die Wirtschaft maßgeblich beteiligt ist, schafft hierfür die Basis. Damit wird auch der Weg in eine CO2-arme beziehungsweise CO2-freie Chemieindustrie bereitet«, sagte Willingmann.

Professor Ralf B. Wehrspohn, Technologievorstand der Fraunhofer-Gesellschaft und stellvertretender Vorstandsvorsitzender des HYPOS e.V., betonte in einem Grußwort die Bedeutung der entstehenden Pilotanlagen für eine erfolgreiche Gestaltung des Strukturwandels: »Mitteldeutschland hat als Rohstoff-, Chemie- und Energiestandort eine sehr gute Ausgangslage, um eine Modellregion für eine nachhaltige Industriegesellschaft zu werden. Mit der gebündelten Kompetenz von zwei Fraunhofer-Einrichtungen wollen wir auf dem Weg dorthin unterstützen und die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit insbesondere von kleinen und mittelständischen Unternehmen stärken.«

Mit der ELP soll der Standort für die industrielle Umsetzung von Verfahren zur Herstellung von »grünem« Wasserstoff vorbereitet werden. Ein zentraler Fokus dabei liegt auf der Weiterentwicklung von Elektrolyseuren und Syntheseverfahren, die auf fluktuierenden Betrieb angepasst werden. Dabei kommt es den Forscherinnen und Forschern vor allem auf die Abbildung realer Betriebsbedingungen an, die anwendungsnahe ingenieurstechnische Daten zur Auslegung und zur Kostenschätzung der Systeme liefern.

An die Herstellung von »grünem« Wasserstoff oder Synthesegas über Co-Elektrolyse von Wasser und Kohlenstoffdioxid in der ELP knüpft direkt die Errichtung der Skalierungsplattform Hy2Chem an. Diese ermöglicht die Nutzung der regenerativ erzeugten Gase zur Synthese von Basischemikalien und Kraftstoffen in nachhaltigen Syntheseprozessen erstmals im großen Maßstab.

»Mit der Elektrolyseplattform schaffen wir den deutschlandweit ersten Elektrolyseteststand, der vollständig in ein Stoffstromnetz der Chemieindustrie integriert ist. Wir können darin beispielsweise Elektrolyseure systemisch testen und wertvolle Erfahrungen zur Wasserstoff-Einspeisung ins Pipelinesystem unseres Kooperationspartners Linde sammeln – und das bis zunächst 5 Megawatt«, sagt Dr.-Ing. Sylvia Schattauer, die als stellvertretende Institutsleiterin die Wasserstoff- und Kohlenstoffaktivitäten am Fraunhofer IMWS verantwortet.

»Das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP bringt neben seiner langjährigen Expertise beim Betrieb von Pilot- und Demonstrationsanlagen auch das Know-how in der chemischen Verfahrenstechnik ein. Mit neuen Lösungen zur Nutzung von grünem Wasserstoff als chemischem Energiespeicher oder in nachfolgenden chemischen Prozessen wollen wir die Wertschöpfung steigern und chemische Synthesen nachhaltiger gestalten. Und mit der Skalierung elektrochemischer Prozesse deren industrielle Umsetzung vorbereiten,« sagt Gerd Unkelbach, Leiter des Standorts Leuna und Koordinator des Geschäftsfeld Nachhaltige Chemie am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB.

Der Spatenstich für die ELP wird Mitte 2020 erfolgen, im Jahr darauf soll die Anlage in Leuna in Betrieb gehen. Insgesamt werden über 10 Millionen Euro in die Elektrolysetest- und –versuchs- sowie die Hy2Chem-Plattform investiert, ein Teil davon stammt aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).