Reallabor H2-Wyhlen

Grüner Wasserstoff vom Hochrhein

Wasserstoff spielt eine Schlüsselrolle in der Energiewende: Er lässt sich aus schier unendlichen Ressourcen produzieren, einfach speichern und verteilen und hinterlässt keine Schadstoffe bei der Verbrennung. Die Bundesregierung fördert deswegen die Wasserstofftechnologie.

Energiedienst nimmt sich des Themas Wasserstoff tatkräftig an. Im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Reallabore der Energiewende“ hat das Unternehmen gemeinsam mit der Konzernmutter EnBW ein Konzept für die Wasserstoffnutzung beim Bundeswirtschaftsministerium eingereicht.

Im Zentrum dieses Konzepts steht die Power-to-Gas-Anlage von Energiedienst in Grenzach-Wyhlen am Hochrhein. Diese stellt Wasserstoff mittels Elektrolyse her. Dafür verwendet sie Ökostrom aus dem benachbarten Wasserkraftwerk. Grüner Wasserstoff – umweltfreundlicher geht es nicht!

Wasserstoff (chemisches Zeichen: H) ist ein Gas. Es ist das erste und leichteste Element im Periodensystem. Im Universum sind 90 % aller Atome und damit ¾ der gesamten Masse Wasserstoff. Auf der Erde liegt Wasserstoff meist als molekularer Wasserstoff (H2) vor – als farb- und geruchloses Gas.

Wasserstoff ist extrem energiereich. Seine Energiedichte ist fast 3x so hoch wie diejenige von Benzin und Diesel.

Wasserstoff wird in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, z.B.

  • zur Raffinierung von Kraftstoffen,
  • zur Herstellung von Düngemitteln und Methanol,
  • in der Stahlerzeugung,
  • in der Metallverarbeitung,
  • in der Flachglasherstellung.

In Zukunft wird Wasserstoff auch als Energiespeicher wichtig sein. Mit Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge, Brennstoffzellen als kleine Heizkraftwerke, mobile Energiestationen zur Versorgung von Notstromaggregaten oder Minibrennstoffzellen in elektrischen Geräten wie Laptops sind einige Beispiele.

Die Qualität des in Wyhlen produzierten grünen Wasserstoffs ist so hoch, dass er auch zum Betanken von Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt werden kann.

Tragfähiges Geschäftsmodell

Ziel des Reallabors H2-Wyhlen ist ein überzeugendes Geschäftsmodell rund um die Nutzung des grünen Wasserstoffs sowie der Nebenprodukte (z.B. Abwärme), die bei der Herstellung desselben anfallen.

Durch eine intelligente Verknüpfung diverser Bereiche – Mobilität, Industrie, Wärme – soll der grüne Wasserstoff mit hohen Wirkungsgraden zur Anwendung kommen und dadurch wirtschaftlich tragfähig werden.

Im Dezember 2020 erfolgte die Förderzusage des Bundeswirtschaftsministeriums für das Reallabor. Im Januar 2021 startete das Projekt mit fünfjähriger Laufzeit.

1. Die Elektrolysezelle enthält Elektrolyt.

2. An zwei Elektroden wird eine Spannung angelegt, wodurch ein elektrischer Strom durch die Elektrolysezelle fließt. Dies führt zur Zersetzung der Teilchen im Elektrolyt.

3. Durch die angelegte Spannung entsteht ein Elektronenüberschuss am Minuspol (negativ geladene Kathode). Positiv geladene Ionen (Kationen) wandern im elektrischen Feld zur Kathode. Durch Aufnahme von Elektronen werden sie dort reduziert. 
→ Es entsteht Wasserstoff.

4. Am Pluspol (positiv geladene Anode) entsteht hingegen ein Elektronenmangel. Negativ geladene Ionen (Anionen) wandern im elektrischen Feld zur Anode. Durch Abgabe von Elektronen werden sie dort entladen, also oxidiert.
→ Es entsteht Sauerstoff

 

Glossar:

Elektrolysezelle: Zelle, in der die Elektrolyse abläuft

Elektrolyt: chemische Verbindung, die im festen, flüssigen und gelösten Zustand vorkommt und die positiv oder negativ geladene Ionen enthält z.B. Kochsalzlösung

Ion: elektrisch geladenes Atom

Elektrode: ist i.d.R. ein metallischer Leiter und dient zur Zu- oder Abführung von elektrischem Strom in die elektrische Lösung.

Kathode: Elektrode, an der die Reduktion der Kationen (durch Aufnahme von Elektronen) stattfindet

Anode: Elektrode, an der die Oxidation der Anionen (durch Abgabe von Elektronen) stattfindet

 

Starke Partner im Boot

Starke Partner sind wichtig für einen Erfolg. Deshalb haben Energiedienst und EnBW diverse Projektpartner aus Forschung und Industrie ins Boot geholt. Zum Beispiel das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) aus Stuttgart. Direkt neben der Power-to-Gas-Anlage betreibt das ZSW eine an diese angeschlossene Forschungseinrichtung.

Ein weiterer Partner ist die Dialogik gGmbH (Stuttgart) als Spezialistin für Partizipation und gesellschaftliche Technikforschung. Das dritte Partnerunternehmen, Messer, soll den regionalen Transport sowie die Verteilung des Wasserstoffs übernehmen.

Was sind Reallabore?

Reallabore sind Testräume für Innovation und Regulierung. Sie dienen dem Ziel, unter realen Bedingungen Erfahrungen mit digitalen Innovationen zu sammeln. In solchen zeitlich und räumlich begrenzten Experimentierräumen sollen neue Technologien und Geschäftsmodelle erprobt werden, die mit dem bestehenden Rechts- und Regulierungsrahmen nur bedingt vereinbar sind.

„Reallabore der Energiewende“ ist ein Konzept der Forschungsförderung für die Energiewende. Hierbei werden zukunftsfähige Energietechnologien in Großprojekten gleich im industriellen Maßstab erprobt. Unter anderem will die Bundesregierung auf diese Weise die Wasserstofftechnologie vorantreiben. Das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) fördert die „Reallabore der Energiewende“ - darunter das Reallabor H2-Wyhlen - über einen Zeitraum von fünf Jahren mit insgesamt 100 Millionen Euro jährlich. 

Unten finden Sie die wichtigsten Fragen und Antworten zu unserem Reallabor.

Haben Sie diese schon angeschaut, aber noch weiteren Informationsbedarf? Kein Problem! Kontaktieren Sie uns unter wasserstoffmail@energiedienstweb.de. Unsere Wasserstoffexperten helfen Ihnen gerne weiter. 

Fragen & Antworten

Die Bundesregierung misst Wasserstoff eine Schlüsselrolle in der Energiewende bei. Vor diesem Hintergrund hat sie 2020 ihre „Wasserstoffstrategie“ veröffentlicht mit dem Ziel, Wasserstoff als einen regenerativen Energieträger in Deutschland massentauglich zu machen und so den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Demselben Ziel dient das Projekt „Reallabore der Energiewende“. Dort sollen tragfähige Geschäftsmodelle zur Nutzung von Wasserstoff entwickelt und erprobt werden, unter anderem für eine klimafreundliche Mobilität. Im Vordergrund steht dabei die Wirtschaftlichkeit, die bislang noch nicht gegeben ist. Sie soll durch eine intelligente Verknüpfung diverser Bereiche wie Mobilität, Industrie, Nutzung von Abwärme etc. erreicht werden (Stichwort „Sektorenkopplung").

Ziel des vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsprojekts ist es zudem, in Deutschland hochqualifizierte zukunftsfähige Arbeitsplätze zu schaffen und zu halten.

Energiedienst betreibt bereits seit 2019 eine Power-to-Gas-Anlage, die grünen Wasserstoff herstellt. 

Das Konsortium des „Reallabors H2-Wyhlen“ besteht aktuell aus 4 Unternehmen. Neben Energiedienst/EnBW gehören dem Konsortium das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg)/Stuttgart, die Dialogik gGmbH/Stuttgart und die Messergroup/Bad Soden an. Darüber hinaus ist das Unternehmen DSM Nutritional Products/Grenzach-Wyhlen als assoziierter Projektpartner mit im Boot.

 

Rollen und Aufgaben der Partner:

  • Das ZSW betreibt angewandte Elektrolyseforschung. Es forscht am laufenden Betrieb mit dem Ziel, die Elektrolyse durch verbesserte Materialien noch effizienter zu machen. 
  • Die Dialogik gGmbH ist Spezialistin für Partizipation und gesellschaftliche Technikforschung. Sie ist für das Thema Bürgerbeteiligung zuständig und will auch hier neue Erkenntnisse gewinnen.
  • Messer übernimmt den regionalen Vertrieb, den Transport sowie die Verteilung des erzeugten, erneuerbaren Wasserstoffs und analysiert Vermarktungsmöglichkeiten für den ebenfalls bei der Elektrolyse anfallenden, grünen Sauerstoff.
  • DSM ist bereits Abnehmer des Wasserstoffs und verwendet diesen bei der Produktion von Vitamin B12.

Die EnBW – als Mutterkonzern von Energiedienst – hat die Projektleitung für das Reallabor inne. Außerdem wirkte sie bei der Errichtung der Power-to-Gas-Anlage mit und ist auch in deren Betrieb involviert. Das Reallabor ist Teil der Aktivitäten der EnBW-Gruppe, mit denen sie ihren Kunden neben Strom langfristig auch gasförmige Energieträger CO2-frei verfügbar machen will. Diese Demonstrationsprojekte ermöglichen Energiedienst und EnBW, gemeinsam neue Fähigkeiten für das Zukunftsthema Wasserstoff aufzubauen. 

Die maximale Förderhöhe für das Gesamtprojekt „Reallabor H2-Wyhlen“ – und damit für das gesamte Konsortium – beträgt ca. 13,5 Mio. Euro. Davon erhalten die Projektpartner ZSW, Dialogik und Messer zusammen rund 6 Mio. Euro. Energiedienst erhält eine Förderung in Höhe von 7,54 Mio. Euro.

Die Power-to-Gas-Anlage ist seit Dezember 2019 in Betrieb. Im Dezember 2020 erfolgte die Förderzusage des Bundes für das Reallabor. Das Projekt startete im Januar 2021 und ist auf 5 Jahre ausgelegt. Das Projekt wird also bis Ende Dezember 2025 laufen.

Zuerst wollen wir ein Geschäftsmodell entwickeln, das wirtschaftlich tragfähig ist. Darüber hinaus wollen wir unsere Power-to-Gas-Anlage bis 2024 um 5 Megawatt auf insgesamt 6 Megawatt ausbauen.

Im ersten Schritt geht es darum, ein Geschäftsmodell zu entwickeln, das auch anderswo und in größerer Dimension zur Anwendung kommen kann. Alles, was irgendwann im großen Stil Anwendung findet, muss vorher im Kleinen erprobt werden.

Wenn wir, wie von der deutschen Bundesregierung geplant, unseren Energiebedarf im Jahr 2050 zu 80 % aus erneuerbaren Quellen bestreiten wollen, wird der Bedarf an Energiespeicheroptionen erheblich zunehmen. Deshalb müssen wir heute schon anfangen, dafür Konzepte zu entwickeln, die bis dahin funktionieren.

Bei der Produktion des Wasserstoffs entsteht – wie bei jedem technischen Prozess – Abwärme. Diese wird meistens an die Umwelt abgegeben, also nicht genutzt. Da der Ressourcenschutz immer wichtiger wird, rückt das Thema Abwärmenutzung inzwischen immer stärker in den Fokus. Daher ist es von enormer Bedeutung, auch die Abwärme einer sinnvollen Nutzung zuzuführen. Außerdem geht es bei diesem Reallabor darum, den Wirkungsgrad der Anlage und ihrer Technologie so stark wie möglich zu erhöhen (angestrebt sind 70 bis 85 %). Im vorliegenden Fall liegt es deswegen nahe, die in der Power-to-Gas-Anlage entstehende Abwärme zusammen mit der Abwärme des benachbarten Wasserkraftwerks zum Beheizen der angrenzenden Liegenschaften zu verwenden. Entsprechende Gestattungsverträge mit der Gemeinde Grenzach-Wyhlen haben wir im Januar 2020 geschlossen.

Insgesamt sollen 3 Wohnquartiere mit der Abwärme aus Power-to-Gas-Anlage und Kraftwerk versorgt werden:

  • das Neubeugebiet „Kapellenbach Ost“ in Wyhlen (noch nicht im Bau). Bedarf: 4,6 GWh Wärme pro Jahr (Heizleistung: 2‘100 KW). Voraussichtlicher Lieferbeginn: Mitte 2023 für den ersten Bauabschnitt. Das Gesamtgebiet wird in drei Teilabschnitten erschlossen (2022 - 2024). Die Abdeckung soll zu 87 % aus Abwärme vom Generator des Rheinkraftwerks und der Abwärme des Elektrolyseurs (= 4,0 GWh) erfolgen und zu 13 % aus Biomasse (= 0,6 GWh). Insgesamt geht es um rund 900 Wohneinheiten;
  • ein Neubaugebiet am Wasserkraftwerk Wyhlen (noch nicht im Bau). Bedarf: 750 MWh. Voraussichtlicher Lieferbeginn: Mitte 2023;
  • die Bebauung „Neue Mitte Grenzach“ (Mischquartier; teilweise Neubauten; noch nicht im Bau). Bedarf: 14 GWh pro Jahr (Heizleistung Grundlast/Spitze: 1,5 - 7 MW). Primär wird dieses Gebiet über Abwärme des Unternehmens DSM versorgt; Energiedienst wird also hier nur einen kleinen Teil (4 GWh) beisteuern. Voraussichtlicher Lieferbeginn: Ende 2022. Hier wird ein Nahwärmenetz im Bestand errichtet, das heißt: Die Errichtung des Nahwärmenetzes erfolgt sukzessive.

Zur Versorgung dieser 3 Wohnquartiere wird Energiedienst künftig 3 Großwärmepumpen betreiben. Die Unterzeichnung der benötigten Gestattungsverträge für die Errichtung der Nahwärmenetze mit der Gemeinde Grenzach-Wyhlen erfolgte im Januar 2020.

Wir sind überzeugt, dass unser grüner Wasserstoff als Speicher sinnvoll zur Energiewende beiträgt. Wir glauben daran, dass das Potenzial von Wasserstoff, neben der E-Mobilität, auf breiter Ebene erkannt wird. Die Vorteile von Wasserstoff sprechen für sich:

  • leicht speicherbar,
  • bis zu einem gewissen Prozentsatz ins Gasnetz einspeisbar,
  • einziges Abfallprodukt aus der Brennstoffzelle ist Wasserdampf.

 

Ohne politische Starthilfe geht es nicht

Um einerseits Bau und Betrieb einer Power-to-Gas-Anlage sowie andererseits die Verwendung des grünen Wasserstoffs attraktiver zu machen, bedarf es einer Reihe von Maßnahmen seitens der Politik. Wo ist mehr Unterstützung nötig? Und welche Hürden erschweren die Umsetzung solcher Projekte? In einem Positionspapier haben wir die nach unseren Erfahrungen wichtigsten Punkte zusammengefasst.
 

Download Positionspapier Grüner Wasserstoff 

 


„Das Reallabor ist eine Riesenchance, weitere Einsatzmöglichkeiten unseres grünen Wasserstoffs zu erproben und dabei diverse Aspekte klug zu verknüpfen, um den CO2-Ausstoß zu senken.“

Jörg Reichert, Vorsitzender der Geschäftsleitung von Energiedienst

„Mit der Power-to-Gas-Anlage in Wyhlen ist ein Vorzeigeprojekt für die Energiewende in Baden-Württemberg entstanden.“

 

Nicole Hoffmeister-Kraut, Landeswirtschaftsministerin (CDU)


Ihre Ansprechpartnerin

Dr. Reihaneh Zohourian

 

 

Haben Sie Fragen zum Thema Wasserstoff, zu unserer Power-to-Gas-Anlage oder zum Reallabor? Wir freuen uns auf Ihre Nachricht unter wasserstoffmail@energiedienstweb.de.