Wasserstoff | WAGO CH

1. Produktion – Erneuerbare Energien

Hinsichtlich der angestrebten Dekarbonisierung wird grüner Wasserstoff eine große Schlüsselrolle spielen und langfristig fossile Energieträger ersetzen. Derzeit liegt der Schwerpunkt auf der stofflichen Nutzung von Wasserstoff, wie beispielsweise zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder in der Ammoniak- und Methanolherstellung.

Grüner Wasserstoff wird mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energieträgern gewonnen. Durch seine Speicherfähigkeit können die Erzeugung und der Verbrauch voneinander entkoppelt werden. So kann beispielsweise die im Sommer überschüssige Sonnenenergie von PV-Anlagen für den Winter und Zeiten geringer Sonnenscheindauer eingespeichert und bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen werden. Diese Einspeicherung birgt auch im Bereich der Fernwirktechnik großes Potenzial, um primär Deutschland als Speicherort zu nutzen und nicht wie aktuell notwendig, auf den Verkauf von überschüssigen Energien ins Ausland zurück greifen zu müssen.

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2. Produktion – Elektrolyse

Die Elektrolyse ist ein bewährtes Verfahren, um Wasser (H₂O) mit Hilfe von Strom in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) zu spalten. Die bekanntesten Elektrolyseverfahren sind die alkalische Elektrolyse (AEL), die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse (PEM) und die Hochtemperaturelektrolyse (HTE). Der durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energieträgern gewonnene grüne Wasserstoff, als farbloses durchsichtiges Gas, soll zukünftig viele der heute noch durch fossile Energieträger versorgte Bereiche abdecken und so einen entscheidenden Beitrag zur Dekarbonisierung unserer Gesellschaft leisten. Um langfristig auf eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft umzurüsten, werden sowohl kleinere, dezentrale Elektrolyseanlagen, als auch zentrale Elektrolyseure im Megawatt-Bereich mit besonders hohen Wirkungsgraden benötigt.

3. Transformation

Besonders in der chemischen Industrie und der Raffinerietechnik findet Wasserstoff als Grundstoff für die Transformation zu Power-to-X häufig Anwendung. Unter anderem kommt er bei der Ammoniak- und Methanol-Herstellung zum Einsatz.

Ammoniak- und Methanol-Herstellung
Ammoniak wird mittels sogenannter Ammoniaksynthese hergestellt. Der klare Vorteil von Ammoniak als Energieträger besteht darin, dass er über eine hohe Transport- und Speicherfähigkeit verfügt. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, Ammoniak in Zukunft als Power-to-X, zum Beispiel als Treibstoff für Motoren und zum Betreiben von Kraftwerken, einzusetzen. Methanol ist eine in großen Mengen hergestellte organische Chemikalie, die ebenfalls als chemischer Grundstoff oder als Energieträger verwendet werden kann. Ähnlich wie für die Ammoniakherstellung, werden auch für die Mathanolsynthese Wasserstoff und CO2 benötigt.

Mit Hilfe synthetischer Kraftstoffe – sogenannter eFuels – könnten künftig CO₂-neutrale Verbrennungsmotoren betrieben werden. Ein Ausgangsprodukt zur Herstellung synthetischen Kraftstoffs ist Wasserstoff. Dieser wird durch das Abspalten von Wasserstoff (H₂) aus Wasser durch Elektrolyse gewonnen. Damit der Wasserstoff zu einem flüssigen eFuel wird, wird anschließend Kohlendioxid (CO₂) beigegeben, der als Abfallprodukt aus der Industrie oder Bio-Gasanlagen stammt. Das in diesem Verfahren entstehende Gemisch nimmt durch bestimmte chemische Prozesse die Eigenschaften von Benzin, Kerosin oder Diesel an und ist anschließend für den Einsatz in Benzin- und Dieselmotoren oder im Flugzeugantrieb geeignet. Außerdem kann der im Ammoniak gebundene Wasserstoff zurückzugewonnen und weiterverwendet werden.

Transformation - eFuels, Synthetische Kraftstoffe
Während herkömmlicher Kraftstoff aus Erdöl, Erdgas oder Kohle hergestellt wird, entstehen alternative Kraft- oder Treibstoffe aus „biogenen“ oder „synthetischen“ Materialien. Biogene Kraftstoffe, werden aus Pflanzen, Pflanzenresten oder Gülle gewonnen. CO₂-neutrale, synthetische Kraftstoffe dagegen werden durch aufwändige chemische Verfahren und in der Regel ohne den Einsatz fossiler Rohstoffe hergestellt. Ein Ausgangsprodukt zur Herstellung synthetischen Kraftstoffs ist Wasserstoff. Damit der Wasserstoff zu einem flüssigen eFuel wird, wird Kohlendioxid (CO₂) beigegeben, der als Abfallprodukt aus der Industrie oder Bio-Gasanlagen stammt. Durch diese Verfahren entstehen synthetisch erzeugtes Benzin, Kerosin oder Diesel, die für den Einsatz in herkömmlichen Verbrennungsmotoren geeignet sind.

4. Transport

Der Transport von Wasserstoff ist ohne enormen Aufwand per Druckbehälter, wenn er gasförmig ist und per Spezialtanks, wenn er flüssig transportiert wird, möglich. Zum Transport, zur Speicherung und Versorgung kann in Deutschland teilweise sogar das vorhandene Erdgasnetz genutzt werden. Diese Variante ist deutlich kostengünstiger, als komplett neue Systeme zu erstellen. Unter Einsatz von Elektrolyseuren kann überschüssige Energie aus Solar- oder Windkraftanlagen in Form von Wasserstoff auch über längere Zeiträume hinweg gespeichert werden. Um individuell und schnell auf Stromschwankungen zu reagieren, lässt sich der Wasserstoff durch den Einsatz der Brennstoffzellentechnologie oder auch in Verbindung mit Gaskraftwerken bei eintretenden Spitzenlasten kurzfristig in Strom umwandeln.

Um die CO₂-Emmision weiter zu reduzieren, ist es technisch möglich, in der Industrie den Energieträger Erdgas ohne umfangreiche Umbauten durch Wasserstoff zu ersetzen oder diesen vorübergehend dem Erdgas beizumischen.

Ähnlich sieht es für die synthetisch erzeugten Derivate wie eFuels oder chemische Grundstoffe wie Ammoniak oder Methanol aus. Auch hier kann auf bestehende Infrastrukturen und Verfahren zurückgegriffen werden.

5. Endnutzung – Stahlindustrie

Die Stahlindustrie verursacht aktuell in der EU ca. 5 % der gesamten Treibhausgasemissionen . Be der konventionellen Stahlerzeugung über die etablierte Hochofenroute entstehen erhebliche Mengen an CO₂. Um den Emissionsgrad zu senken, können die für den Reduktionsprozess relevanten Verbindungen Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid mittels Hochtemperaturelektrolyse bereitgestellt werden. Die einfachste Art der Prozesskopplung ist die Beimischung von Wasserstoff zum Erdgas. Der Einsatz von grünem Wasserstoff kann für eine erhebliche Einsparung an CO₂-Emissionen sorgen.

6. Endnutzung – Chemische Industrie/Raffinerien

In der chemischen Industrie und der Raffinerietechnik spielt Wasserstoff als Grundstoff eine große Rolle. Um eine CO₂-Neutralität im Straßen-, Schiffs- und Flugverkehr technisch zu ermöglichen, werden allerdings große Mengen an Wasserstoff benötigt. Um diesen Bedarf abzudecken, kommen sogenannte Power-to-X-(PTX-)Verfahren zum Einsatz, um zum Beispiel überschüssigen Strom in Wasserstoff und diesen wiederum in Brennstoff umzuwandeln. Zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe können grüner Wasserstoff und CO₂ aus der Atmosphäre, oder aber aus Industrieprozessen und Biomasse genutzt werden. Grundsätzlich ist es effizienter, Strom nicht erst in andere Energieformen zu wandeln, sondern direkt zu nutzen. Da jedoch durch erneuerbare Energieträger keine kontinuierliche und konstante Stromerzeugung zu gewährleisten ist, können die Power-to-X-Verfahren in Verbindung mit Speichertechniken zukünftig ein wichtiger Bestandteil der Energiewende werden.

7. Endnutzung – Mobilitätssektor

Mit Power-to-X-Technologien und- Verfahren können erneuerbare Energie langfristig gespeichert werden und unabhängig vom Ort der Stromerzeuger umweltfreundlich eingesetzt werden. „Grün"“ hergestellter Wasserstoff und seine Derivate werden zu vollständig emissionsfreien Energieträgern: Vor allem für synthetisches Kerosin im Flugverkehr, Ammoniak oder Methanol

für den Schiffsantrieb, als Brennstoffzellen für den Schwerlast- und Schienenverkehr und für batterieelektrische Fahrzeuge im Individualverkehr wird Wasserstoff damit eine nachhaltige Alternative - besonders da, wo batterieelektrische Systeme bisher an ihre Grenzen stoßen.

Power-to-X: Ihr Weg in eine CO₂-neutrale Zukunft

Automatisierung für die modulare Wasserstofferzeugung

1. Produktion – Erneuerbare Energien

2. Produktion – Elektrolyse

3. Transformation

4. Transport

5. Endnutzung – Stahlindustrie

6. Endnutzung – Chemische Industrie/Raffinerien

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Von der Produktion und Speicherung bis zur Nutzung erneuerbarer Energien

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