Elektrolyse im Energiepark Mainz: Wasserstoff im großen Stil

PEM steht für Polymerelektrolytmembran – ein Verfahren, bei dem aus Wasser und Strom Wasserstoff erzeugt wird. Partner in dem auf zwei Jahre angesetzten Forschungsvorhaben sind neben Siemens die Hochschule RheinMain, Linde und die Stadtwerke Mainz.

Die Anlage in Mainz-Hechtsheim hat damit eine für Engpässe im Stromnetz und kleinere Windparks relevante Leistungsgröße. Sie produziert Wasserstoff mithilfe von umweltfreundlich erzeugtem Strom, unter anderem aus benachbarten Windkraftanlagen. Der dabei aus erneuerbarer Energie erzeugte Wasserstoff wird als Energiespeichermedium dem Gasnetz zugemischt, für industrielle Prozesse und für Brennstoffzellenfahrzeuge genutzt.

Flexible Wasserstofffabrik

Siemens lieferte das Herzstück der Anlage, nämlich alle Elektrolysesysteme inklusive einer Simatic-Steuerung für die Regelung. Zusätzlich Mittelspannungsstationen mit GEAFOL-Trafos für die Niederspannungs-Hochstromversorgung der Sinamics PCM Gleichrichter und eine gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage (20kV).

Auf Simatic basiert auch das übergeordnete Leitsystem des Energieparks, das von Linde betrieben wird. Der Gasspezialist ist zudem für die Reinigung, Verdichtung, Speicherung und Abfüllung des Wasserstoffs verantwortlich. Die wissenschaftliche Begleitung hat die Hochschule RheinMain übernommen. Untersucht wird jetzt das Zusammenspiel aller Komponenten, etwa zwischen Elektrolyse und Verdichter, der Kopplung mit dem Gasnetz und dem Stromnetz.

In dem Elektrolyseur trennt eine protonenleitende Membran (PEM) die beiden Elektroden, an denen Sauerstoff und Wasserstoff entstehen – im Gegensatz zur konventionellen alkalischen Elektrolyse-Technik. Der PEM-Elektrolyseur reagiert hoch dynamisch innerhalb von Millisekunden und kann problemlos einige Zeit das eineinhalbfache seiner Nennleistung verkraften – so kann er selbst bei einem steilen Anstieg der Stromproduktion den Überschuss problemlos verarbeiten.

Dreamteam aus Gas

Hier zeigt sich ein großer Vorteil von Wasserstoff: seine Vielseitigkeit. Er lässt sich wieder in Strom verwandeln, kann Autos antreiben oder „methanisiert“ werden – dabei reagiert Wasserstoff (H2) mit CO2 zu Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas. So ließe sich die Energie des „grünen“ Wasserstoffs auch in der vorhandenen Infrastruktur der Gasversorger speichern und zum Heizen oder für den Antrieb von Gasfahrzeugen nutzen.

Wasserstoff ist aber nicht nur ein perfekter Energieträger, sondern auch ein wichtiger Rohstoff der chemischen Industrie – der heute fast ausschließlich aus Erdgas gewonnen wird. Zum einen muss es daher Ziel sein, Wasserstoff über erneuerbaren Strom künftig zu ähnlichen Kosten produzieren zu können wie aus Erdgas, und zum anderen könnte Wasserstoff mit dem Treibhausgas Kohlendioxid ein wahres Dreamteam bilden.

Die Grundidee: Kohlenmonoxid (CO) ist ein wichtiges Zwischenprodukt der Chemieindustrie, das bisher aus fossilen Energieträgern gewonnen wird. Stattdessen ließe es sich aber auch aus CO2 und H2 erzeugen, wobei als Abfallprodukt Wasser entsteht. Diese Reaktion findet dank spezieller Katalysatoren statt, die Bayer zusammen mit Partnern aus der Wissenschaft entwickelt. Mit Hilfe eines anderen Katalysators lässt sich auch Ameisensäure herstellen, die ebenfalls eine wichtige Grundsubstanz für die organische Chemie ist. Norbert Aschenbrenner

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