cruh21 treibt im Leitprojekt H2Mare die Offshore-Elektrolyse mit voran

Als Teil des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Wasserstoffleitprojektes H₂Mare arbeitet cruh21 in einem Verbund aus Forschung und Industrie an den Grundlagen mit, grünen Wasserstoff, Ammoniak, Methanol, Methan und synthetisierte Kraftstoffe auf hoher See erzeugen zu können. Das Leitprojekt ist ein Modellvorhaben für den technologischen Durchbruch der Offshore-Wasserstoffwirtschaft.

Was muss bei Planung, Bau und Betrieb von Elektrolyseuren auf hoher See beachtet werden und wie stehen diese Maßnahmen im Einklang mit Sicherheits- und Umweltaspekten? Wo können Power-to-X-Produkte (PtX) am besten eingesetzt werden? Wie lassen sich autonome Offshore-Inselsysteme bestmöglich mit Energie versorgen? Und auf welche Weise kann die gesellschaftliche Akzeptanz für derlei Vorhaben gesteigert werden?

Auf diese übergeordneten Fragen aus H₂Mare will das Verbundprojekt TransferWind in Kooperation mit anderen H₂Mare-Verbünden Antworten geben. Insgesamt 16 Partner aus Industrie und Forschung – darunter cruh21 – haben sich im TransferWind-Verbund zusammengeschlossen. Das vom BMBF geförderte Leitprojekt H₂Mare besteht dabei neben TransferWind aus drei weiteren Verbünden. Alle Verbünde des Leitprojektes erforschen dabei verschiedene Bereiche der autarken Erzeugung von grünem Wasserstoff und weiteren PtX-Produkten auf hoher See. Das Beratungsunternehmen cruh21 sorgt durch ein reibungsloses Stakeholdermanagement für den fachlichen Austausch der jeweiligen Verbünde untereinander und mit weiteren Akteuren aus Wissenschaft, Industrie, Politik und Verwaltung.

 

Warum auf dem Meer?

Der Grundgedanke der H₂Mare-Vorhaben: Die Wasserstofferzeugung auf offenem Meer hat gegenüber der Erzeugung an Land einige Vorteile. Zur Produktion von grünem Wasserstoff bedarf es großer Mengen Strom aus erneuerbaren Energien. Offshore-Windenergieanlagen erzeugen dabei über das Jahr gerechnet deutlich mehr und stetiger Strom als ihre Gegenstücke an Land. Das reduziert auch die Kosten bei der Wasserstoffherstellung. Dabei werden die Offshore-Windenergieanlagen nicht an das Stromnetz angebunden, sondern funktionieren im Inselmodus, was ebenfalls zu niedrigeren Wasserstoffgestehungskosten beiträgt. Zudem bietet das Meer mehr Flächen für die Anlagen als das Festland. Diese Vorteile wollen die Verbünde nutzen und die Elektrolyseure direkt an die Windenergieanlagen auf See koppeln.

Darüber hinaus können die Anlagen zur Produktion von Wasserstofffolgeprodukten wie grüner Ammoniak, grünes Methanol und Methan und synthetischer Kraftstoffe genutzt werden. Für die Erzeugung dieser Wasserstoffderivate muss zusätzlich Kohlendioxid und Stickstoff aus der Luft oder dem Meer entnommen werden. Wie sich das effizient umsetzen lässt, erforscht ein weiterer H₂Mare-Verbund.

Den Anstoß für die drei Wasserstoffleitprojekte TransHyDE, H₂Giga und H₂Mare gab das BMBF im Frühjahr 2021 mit einer Fördersumme von rund 700 Mio. Euro. Das große Ziel der bisher bestfinanzierten Förderinitiative des Ministeriums zum Thema Energiewende: die grüne Wasserstoffwirtschaft soll zum technologischen Durchbruch gelangen.

 

Modellvorhaben für Planung, Bau, Betrieb und Anwendung

Damit möglichst große Synergien im gesamten Leitprojekt gehoben werden können, sorgt TransferWind für den Wissensaustausch zwischen den einzelnen Verbünden und wichtigen gesellschaftlichen Stakeholdern, um die öffentliche Akzeptanz für die Vorhaben zu erhöhen.

Der Verbund untersucht außerdem übergeordnete Aspekte von Offshore-Anlagen, wie Bau-, Planungs- und Zulassungsvorschriften. Zusätzlich entwickelt TransferWind standardisierte Tests für verwendete Komponenten und Materialien, die den rauen Bedingungen auf See standhalten müssen. Damit der Betrieb und die Erzeugung offshore möglichst in Einklang mit der Meeresumwelt ablaufen können, werden Handlungsempfehlungen für einen umweltverträglichen und sicheren Betrieb der Offshore-Anlagen erarbeitet.

Im Bereich Anwendung werden darüber hinaus Nutzungsmöglichkeiten von offshore erzeugtem grünen Ammoniak und Methanol für die Schifffahrt untersucht. Des Weiteren wollen die Partner grundlegende Erkenntnisse zur Energieversorgung autonomer Offshore-Inselsysteme gewinnen. Der reibungslose Ablauf des Vorhabens wird durch ein verbundübergreifendes Großprojektcontrolling gesichert.

OffgridWind legt den Fokus auf die Entwicklung einer neuartigen Windturbine, mit integriertem Elektrolyseur und Wasserstoff-Pufferspeicher. Der Verbund H₂Wind erprobt die optimale technologische und betriebliche Auslegung des Elektrolyseurs für die Meerwasserelektrolyse. PtX-Wind erforscht verschiedene PtX-Prozessketten zur Herstellung von verflüssigtem Methan, flüssigem Methanol und Ammoniak sowie die technische Konfiguration der PtX-Synthese-Anlagen in Offshore-Umgebung.

Wissensaustauch, Vernetzung und offene Fragen

Für cruh21 leitet der Biochemiker Dr. Stefan Wahlefeld, das Projekt und koordiniert den Wissensaustausch.

Seine Aufgaben sieht er vor allem in der Vernetzung und Aufspüren von regulatorischen Hürden.

"Unser Unternehmen engagiert sich für den leitprojekt-übergreifenden Austausch. Hier erweisen sich regulatorische Fragestellungen derzeit als eine zentrale Herausforderung. In dieser Anfangsphase der Wasserstoffwirtschaft sind viele juristische Fragestellungen, Normen etc. noch in Bearbeitung. Die cruh21 möchte dabei ihr Netzwerk nutzen, um möglichst viele Akteure innerhalb der Leitprojekte an einen Tisch zu holen, um schnellstmöglich Lösungen zu erarbeiten und Doppelarbeit zu verhindern."

Ein Beispiel für nur eine von derzeit noch vielen offenen Fragen, sei der ungeklärte Umgang mit der Entsorgung der bei der Meerwasserelektrolyse entstehenden Salzlake. Bei allen H₂Mare-Vorhaben spielen sowohl technische, rechtliche, ökonomische und ökologische Aspekte eine Rolle. Das erläutert Wahlefeld am Beispiel der Salzlake.

„Derzeit sieht die Rechtslage vor, dass von einer Plattform nichts ins Meer geleitet werden darf. Daher ist es verboten, die nach der Aufbereitung des Meerwassers über Entsalzungsanlagen für die Elektrolyse entstandene Salzlake zurück ins Meer zu leiten. Für einen funktionierenden offshore Betrieb wäre ein Abtransport der Salzlake allerdings wirtschaftlich vollkommen unrentabel, im Meer würde sich die Lake hingegen schnell vereinzeln.“

Auf viele solcher ungeklärten Fragen sollen innerhalb der nächsten Jahre in den Projektverbünden Antworten gefunden werden. Sie bilden die Grundlage für den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft.