Nachrichten über Wasserstoff und Brennstoffzellen
Wasserstoff als idealer chemischer Energieträger für die Langzeitspeicherung im Strom- und Wärmesektor und für die Verwendung in der Mobilität sowie als Grundstoff für die chemische Industrie hat für das zukünftig verstärkt sektorengekoppelte deutsche Energiesystem eine zentrale Bedeutung.
Sprakebüll ist ein kleines Dorf westlich von Flensburg. Über zig Kilometer hinweg erstrecken sich dort grüne Marschwiesen. Seit Jahrzehnten lebt dort der Großteil der Bevölkerung von der Landwirtschaft. Von den etwa 240 Einwohnern im Ort haben sich 24 vor gut zwanzig Jahren an einem Bürgerwindpark beteiligt.
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in seiner Fassung von 2014 erlaubt im Falle einer Netzüberlastung die „Reduzierung der Einspeiseleistung“ von grünem Strom, verbunden allerdings mit der Pflicht, dies zu protokollieren. Bezahlen müssen dafür die Stromkunden, denn die Windparkeigner erhalten – auch wenn der Netzbetreiber den Windpark vom Netz nimmt – die übliche Einspeisevergütung. Und es wird reichlich Gebrauch von dieser Erlaubnis gemacht: Allein in Mecklenburg-Vorpommern (M-V) sind regelmäßig knapp 20 Windparks mit einer Leistung von jeweils über 20 MW betroffen.
Auf der Hannover Messe 2014 rücken die Themenbereiche „Erneuerbare Energien“ und „Elektromobilität“ noch näher zusammen. In diesem Jahr ist die Leitmesse MobiliTec ebenso wie die Leitmesse Energy in der Halle 27 am Eingang West vorzufinden. Seitens der Deutschen Messe hieß es dazu: „Erstmals werden Firmen der Energieerzeugung aus Windenergie, Solar, Biogas oder Biomasse und der Elektromobilität in Halle 27 ihre Konzepte, Produkte und Botschaften unter einem Dach präsentieren.“ Die Hauptgründe für die Zusammenlegung
Während westliche Automobilkonzerne derzeit etwas zögerlich mit der Brennstoffzelle umgehen, machen die asiatischen Konkurrenten zunehmend Druck: Im Herbst 2012 verkündeten Toyota, Honda, Hyundai und Nissan den Start einer Zusammenarbeit speziell für diese Antriebstechnologie. Dafür unterzeichneten sie ein Memorandum of Understanding (MoU), in dem es sowohl um die Serienreife von BZ-Autos als auch die dafür benötigte H2-Infrastruktur geht. Als Testmarkt einigten sich die vier auf Dänemark, Island, Norwegen und Schweden, wo sie ohnehin bereits seit 2006 in der Scandinavian Hydrogen Highway Partnership (SHHP) zusammenarbeiten.
Über 120 Vorträge in 19 verschiedenen Foren – das Programm der 12. f-cell und der 1. Battery+Storage ist recht umfangreich, und zusätzlich findet noch der 3. e-mobil BW Technologietag statt. Somit dürfte für jeden Geschmack etwas dabei sein, wenn vom 8. bis 10. Oktober auf dem Stuttgarter Messegelände die Tore öffnen. Das Gleiche gilt für die begleitenden Messen, zu denen über rund 140 regionale und internationale Aussteller erwartet werden. Die Neugierde ist somit groß, wie denn das neue Konzept ankommen wird.
„Wir haben den Wind in den Tank gebracht.“ Mit dieser kurzen bündigen Formulierung umriss Enertrag-Vorstand Werner Diwald den Anlass der Feierlichkeiten, die am 18. April 2012 unweit des Berliner Hauptbahnhofs stattfanden. Dort, wo auch der neue Firmensitz des Mineralölkonzerns Total entsteht, wurde mittlerweile dessen dritte öffentliche Wasserstofftankstelle in Berlin, die inzwischen fünfzehnte deutschlandweit, eingeweiht. Da sich in den vergangenen Wochen die Inbetriebnahme von H2-Stationen bereits häuften, hatten sich die Verantwortlichen dieses Mal etwas ganz Besonderes einfallen lassen: In der Heidestraße wird kein konventioneller Wasserstoff vertankt, sondern Gas, das schadstofffrei mit Hilfe von Windenergie hergestellt wurde.
Rund zehn Jahre nach der Eröffnung der ersten Wasserstofftankstelle in Berlin fahren die H2-Fahrzeuge in Berlin „mit Wind aus Brandenburg“, wie es Hans-Christian Gützkow, Geschäftsführer von Total Deutschland, anlässlich der Inbetriebnahme umschrieb. Dafür wird Windenergie, die wegen überlasteter Stromnetze zeitweise nicht eingespeist werden konnte, zur Wasserstofferzeugung per Elektrolyse genutzt. Dies geschieht im Hybridkraftwerk von Enertrag, das im Oktober 2011 offiziell den Betrieb aufnahm. Erst kürzlich wurde dort nachträglich eine Befüllvorrichtung installiert, damit das in drei großen stationären H2-Tanks gespeicherte Gas per Tanklastzug von Dauerthal nach Berlin transportiert werden kann. Allein Speicherung und Transport werden mit 1 Mio. Euro vom Bund gefördert. Hierfür verantwortlich zeichnet der französische Gasehersteller Air Liquide, der seit einigen Wochen zunehmend auf den deutschen Wasserstoffmarkt drängt.
An der Markentankstelle in der Bundeshauptstadt angekommen wird der mobile H2-Trailer an das vom deutschen Gaseunternehmen Linde installierte Tanksystem angeschlossen und befüllt dann die stationären 200-bar-Behälter. Über einen fünf-stufigen ionischen Verdichter kann der Betankungsdruck anschließend auf über 700 bar angehoben werden. Auf diese Weise können die Brennstoffzellen-Pkw der Clean Energy Partnership (CEP) sowie die vier Busse der Berliner Verkehrsbetriebe, die mit H2-Verbrennungsmotoren ausgestattet und seit 2006 auf Berlins Straßen unterwegs sind, mit sauberem Wasserstoff aus der Uckermark betankt werden. Dafür ist eine separate H2-Zapfsäule in die konventionelle Tankstelle integriert. Zunächst ist allerdings geplant, dass nicht die Station in der Heidestraße, sondern vorrangig die Tankstelle in der Heerstraße in Berlin-Spandau angefahren wird. Dort sollen in erster Instanz monatlich etwa 400 Kilogramm Wasserstoff angeliefert werden. Ab 2013 sollen dann mehrere Belieferungen wöchentlich an verschiedenen Standorten in Berlin und auch in Hamburg möglich sein.
Um die zur Genüge anfallende Windenergie im Norden Deutschlands effizient speichern zu können, hat Schleswig-Holstein am 21. März 2012 eine Speicherinitiative gestartet. Anlässlich der Gründung erklärte die Energie-Staatssekretärin Dr. Tamara Zieschang in Kiel: „Wir haben in Schleswig-Holstein unterschiedliche Ansätze im Bereich der Speichertechnologien, von Pumpspeicherwerken über Wasserstoffelektrolyse bis hin zu Batterietechnologien. Alles das wollen wir jetzt regelmäßig diskutieren, um die wichtigen Speichervorhaben in Schleswig-Holstein voranzubringen.“ Zieschang mahnte zudem an, dass es bereits heute auf Grund überlasteter Stromnetze zu Abschaltungen von Windparks komme. Diese Situation dürfe sich in den nächsten Jahren nicht verschärfen, stattdessen müsse der Netzausbau besser als bislang zwischen Bund und den Ländern koordiniert werden. Dafür sind jährlich jeweils zwei Treffen vereinbart worden.
Eines von insgesamt drei zentralen Projekten ist die Einlagerung von Wasserstoff in einer Salzkaverne bei Hemmingstedt, um damit mittelfristig das Industriegebiet Brunsbüttel mit Energie versorgen zu können. Zunächst könnte das per Elektrolyse erzeugte Gas aber auch in der Raffinerie in Heide verwendet, ins Gasnetz eingespeist oder für den Verkehrssektor eingesetzt werden.
Der Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert einen zielgerichteten Ausbau des Stromnetzes und außerdem neue Möglichkeiten zur Speicherung von volatil verfügbarem Strom. Eine Option für die Zwischenspeicherung elektrischer Energie ist Erzeugung von Wasserstoff mit anschließender Speicherung beispielsweise im Erdgasnetz.
Der größte Anteil von erneuerbaren Energien im Strommix entfällt derzeit auf Windkraft. Der durch Windenergieanlagen (WEA) bereitgestellte Stromanteil belief sich im Jahr 2009 in Deutschland auf 7,58 % des Bruttostromverbrauches, was einer Energiemenge von etwa 40 TWh entspricht (installierte Leistung: 26 GW). Darüber hinaus sind zurzeit 32 Offshore-Windpark-Projekte mit einer Gesamtleistung von 27 GW an den Küstenregionen der deutschen Nord- und Ostsee geplant. Weiterhin werden durch technisch sinnvolle und politisch unterstützte Maßnahmen (Repowering) zusätzliche Kapazitätssteigerungen erwartet. Ähnlich verhält es sich zukünftig mit Solarstrom aus Photovoltaikanlagen, deren installierte Leistung 2009 rund 9,8 GW betrug und stetig weiter wächst.
Die Volatilität von Windenergie und Photovoltaik stellt hohe Anforderungen an das Stromnetz, die nicht allein durch Netzausbaumaßnahmen und intelligentes Lastmanagement erfüllt werden können. Die Schaffung und Einbindung großer Speicherkapazitäten für elektrische Energie sind daher dringend erforderlich. Andernfalls wäre perspektivisch der Lastabwurf von WEA und zukünftig auch Photovoltaikanlagen die verbleibende Möglichkeit, um in Phasen hoher Stromproduktion weiterhin die Netzstabilität zu gewährleisten. Dieser Weg ist aber weder sinnvoll noch politisch akzeptiert.
Überschusswindenergie, deren Einspeisung in die Stromnetze aufgrund fehlender Kapazitäten nicht möglich ist, kann chemisch in gasförmigen Brennstoffen gespeichert werden. Beispielsweise kann Wasserstoff per Elektrolyse erzeugt und anschließend in Erdgastransport- beziehungsweise -versorgungsnetze eingespeist oder in Kavernen gespeichert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, den erzeugten Wasserstoff vor der Einspeisung zu methanisieren. Diese Umwandlung ist zwar mit Verlusten behaftet, offeriert aber die Möglichkeit zur Weiterverwertung von Kohlenstoffdioxid (z.B. aus Kraftwerks- oder Biogasanlagen) im Methanisierungsprozess.
Grundsätzlich bietet die Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom in das Erdgasnetz enorme Energiespeichermöglichkeiten und befördert die Konvergenz der Energieinfrastrukturen Strom- und Gasnetz im Sinne von Smart Grids. Nach Abschätzungen des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik werden bis 2050 Speicherkapazitäten für die überschüssige Energie in der Größenordnung von 20 bis 50 TWh benötigt. Die heutigen deutschen Speicherkapazitäten für Elektroenergie belaufen sich allerdings nur auf 0,04 TWh und werden fast ausschließlich durch Pumpspeicherkraftwerke dargestellt. Im Erdgasnetz ist bereits heute eine Speicherkapazität von 220 TWh vorhanden.