Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, und weitere Partner im Projekt »PoWerD« erstellen einen Potenzial-Atlas, der geeignete Standorte für Power-to-Hydrogen (PtH2)-Anlagen in Deutschland ab 2024 darstellt und bewertet. Der Potenzialatlas wird frei zugänglich im Internet veröffentlicht werden und soll den Ausbau der Elektrolysetechnologie beschleunigen. Die Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) bringt ins Projekt ihre Expertise in der Siedlungswasserwirtschaft ein und untersucht, wie die bei der Wasserstofferzeugung gebildeten Koppelprodukte Sauerstoff und Wärme anschließend in Kläranlagen eingesetzt werden können.
Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse im Power-to-Hydrogen-Verfahren gilt als einer der zentralen Bausteine für eine umfassende Kopplung der unterschiedlichen Sektoren des Energiesystems. Gemeint sind die Sektoren der Energiewirtschaft – also Elektrizität und Wärmeversorgung – sowie der Verkehrs- und Industriesektor. Wasserstoff ist das Bindeglied zwischen den Sektoren: Er kann Energie speichern und zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen, ist leicht zu transportieren und ersetzt fossile Brennstoffe und Chemikalien.
»Der Potenzialatlas enthält nach Fertigstellung Karten, aus denen das Potenzial für die Errichtung von PtH2-Anlagen in Deutschland in unterschiedlichen Szenarien und Geschäftsmodellen hervorgeht. Diese Karten können anschließend von Unternehmen zur Identifikation geeigneter Anlagenstandorte verwendet werden.«, sagt Jochen Behrens, der das Projekt federführend am Fraunhofer ISE leitet und koordiniert.
Standortwahl und deren Gewichtung
Als wichtigster Einflussfaktor für die Wahl des Standorts einer Elektrolyseanlage wird bislang die Verfügbarkeit von preisgünstigem Strom gesehen. In diesem Projekt sollen darüber hinaus weitere Einflussfaktoren auf die Standortwahl von PtH2-Anlagen systematisch für das gesamte Bundesgebiet erfasst und deren Relevanz bewertet werden.
Berücksichtigt werden zum Beispiel die Nutzungspotenziale des produzierten Wasserstoffs sowie der zusätzlich entstehenden Koppelprodukte Sauerstoff und Wärme.
Der bei der Aufspaltung des Wassers entstehende Sauerstoff lässt sich anschließend in Kläranlagen einsetzen. Dort kann er beispielsweise die energieintensive Belüftung ersetzen oder ergänzen und darüber hinaus als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Ozon dienen. Dessen Einsatz gewinnt bei der Entfernung von Spurenstoffen, etwa Medikamentenrückständen, zunehmend an Bedeutung. Hier kommen die Forschenden des Fachgebiets „Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung“ (Leitung: Professor Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz) an der RPTU ins Spiel. Sie erstellen standortspezifische Nutzungskonzepte, indem sie die diesbezüglichen Voraussetzungen aller Kläranlagenstandorte deutschlandweit analysieren, datenbasiert Potenziale ausloten und abschließend Fallbeispiele ausarbeiten.
„Auch die Abwärme, die während der Elektrolyse entsteht, findet Verwendung: Diese kann in Wärmenetze sinnvoll eingebunden werden. Allerdings ist dafür die räumliche Nähe eine entscheidende Voraussetzung«, erklärt Behrens. Ein weiterer Fokus bei der Potenzialerhebung von PtH2-Anlagen liegt beim Bedarf nach zusätzlichen, flexiblen Lasten in Stromübertragungsnetzen. Die erhobenen Daten werden in einem Tool zusammengeführt. Dabei sollen - räumlich aufgelöst - Potenziale für die Errichtung von Elektrolyseanlagen identifiziert und bewertet werden.
Heterogen verteilte Kompetenzen
Am Projekt beteiligt sind neben dem Fraunhofer ISE als Projektkoordinator die Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und die Hochschule Flensburg, der Deutsche Wasserstoff- und Brennstoffzellenverband e.V., Green Planet Energy, ein bundesweiter Energieversorger, das auf Wasserstoffmobilität spezialisierte Ingenieurbüro PLANET sowie Greenventory, ein Spin Off des Fraunhofer ISE und des Karlsruher Institut für Technologie. Damit verfügt das Konsortium über weitreichende und breit verteilte Kompetenzen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Projekt mit knapp 2,5 Millionen Euro.