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StartseiteForschung aktuellH2Giga: Elektrolyseure für die industrielle Produktion26.08.2021

Grüner WasserstoffH2Giga: Elektrolyseure für die industrielle Produktion

Wasserstoff könnte bald Schiffe emissionsfrei antreiben und für eine klimaneutrale Stahl- und Zementherstellung sorgen. Damit diese Idee aufgeht, muss der Wasserstoff nicht nur regenerativ hergestellt, sondern auch bezahlbar sein. Das H2Giga-Projekt soll Lösungen dafür finden.

Von Frank Grotelüschen

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Wuppertaler Wasserstoffbus tankt H2 Wasserstoff an einer H2 Wasserstofftankstelle (imago / Rupert Oberhäuser)
Wuppertaler Bus tankt Wasserstoff an einer H2-Wasserstofftankstelle (imago / Rupert Oberhäuser)
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Elektrolyseure, also Anlagen, die Wassermoleküle in seine Bestandteile zerlegen, gibt es ja schon seit Jahrzehnten zu kaufen.

Warum sind sie noch relativ teuer?

Bislang ist der Markt klein, deshalb ist viel Handarbeit bei der Fertigung angesagt. Doch der Bedarf wird in den nächsten Jahren stark steigen. Heute hat ein typischer Elektrolyseur eine Leistung von einem Watt. In ein paar Jahren sollen zum Beispiel im Hamburger Hafen Anlagen stehen mit 100 Megawatt. Das Ziel: fünf bis zehn Gigawatt im Jahr 2030. Dafür muss Deutschland in die Serienfertigung gehen, was die Kosten senkt.

Außerdem stecken teure Materialien wie Platin und Iridium in den Anlagen. Künftig will man die Anlagen so weiterentwickeln, dass sie weniger davon brauchen. Das Projekt H2Giga soll die Hersteller dabei unterstützen. Dafür wird es in den nächsten vier Jahren rund eine halbe Milliarde Euro geben.

Wo liegen die Herausforderungen bei der Serienfertigung? 

Weg von der Handarbeit, hin zur Fließbandproduktion: Das klingt einfacher als es ist. Man muss eigens Produktionsstraßen entwickeln für die Stacks, die Schichtstapel, aus denen Elektrolyseure bestehen. Die Herausforderung dabei sind Qualitätssicherung und Langlebigkeit, die bisher schon unbefriedigend war. Kleine Module sollen dafür in großen Stückzahlen industriell gefertigt und dann zu großen Anlagen zusammengesetzt werden. Offen ist die Frage: Wie groß sollen die Basiseinheiten sein – im Megawatt-Bereich oder nur einige kW? Und wichtig ist schließlich auch eine Steigerung des Wirkungsgrads der Anlagen von heute circa 70 auf vielleicht 75 bis 80 Prozent in zehn Jahren. Dass sich die Platin- und Iridium-Mengen durch billigere Metalle ersetzen lassen, hält die Industrie für machbar. 

Welche Art von Elektrolyseur wird sich durchsetzen?

Manche arbeiten mit PEM, Polymermembranen, andere bei hohen Temperaturen von 700 Grad. Jeder Typ von Elektrolyseur hat Stärken und Schwächen und spezifische Anwendungsbereiche. Hochtemperatur-Anlagen etwa könnten vor allem dort in der Industrie zum Einsatz kommen, wo es Abwärme gibt, sodass die Elektrolyseure besonders effizient arbeiten. Die Fachwelt geht davon aus, dass angesichts der Bandbreite von Anwendungen alle Typen gebraucht werden, und deshalb werden auch alle Typen bei H2Giga gefördert und weiterentwickelt.   

Gibt es Ideen für bessere und günstigere Elektrolyseure?

Ein neues Konzept ist die Anionen-Austauschmembran. Dabei handelt es sich um eine trockene Kathode. Sie kommt ohne Säuren und ohne teure Edelmetalle aus. Gibt es schon in der kleinen Zwei-Kilowatt-Ausgabe. Die Herausforderung sind allerdings Megawatt-Anlagen. Weiter in die Zukunft gedacht sind Elektrolyseure, die mit Salzwasser zurechtkommen: In wasserarmen Regionen wie Australien oder in der Sahara wird bisher Meerwasser entsalzt, um Wasser für die Elektrolyse zu erhalten. Dies ist teuer und ökologisch umstritten. 

Könnte die Elektrolyseure in Zukunft billiger werden?

Die Hoffnung ist mindestens eine Halbierung der Anschaffungskosten bis 2030. Bei manchen Techniken wie der Hochtemperaturzelle liegt das Potenzial noch höher. Das heißt aber nicht, dass der grüne Wasserstoff dann halb so teuer wird. Der ist mit Entstehungskosten von mindestens vier Euro pro Kilogramm heute rund drei bis vier Mal teurer als grauer Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird.

Die Kosten für den Elektrolyseur machen nur etwa zehn bis 20 Prozent der Gesamtkosten aus. Der Löwenanteil, circa 70 Prozent, sind die Kosten für den grünen Strom. Also: Die Fortschritte bei den Elektrolyseuren könnten dafür sorgen, dass der Kilopreis um vielleicht 50 Cent sinken wird. Der Rest müsste durch billigeren Strom erwirtschaftet werden. Einige Wissenschaftler sind der Meinung, dass dies nur durch eine Verlagerung der Produktion zu erreichen ist, etwa in die Sahara, wo grüner Strom viel billiger herzustellen ist. Die Elektrolyseure dafür sollen aber von deutschen Herstellern kommen - weshalb H2Giga auch als großes Anschubprogramm für den Export zu verstehen ist.

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