Wasserstoff-Elektrolyse im ganz großen Stil

Wasserstoff ist der Treibstoff der Zukunft. Nur: wo sollen die immensen Mengen herkommen, die gebraucht werden, um mit Hilfe von Wasserstoff der Klimakrise Herr zu werden? Die Lösung: Elektrolyse im ganz großen Stil. Mit diesem elektrochemischen Verfahren wird mit elektrischer Energie Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt.  

Rolls-Royce entwickelt mtu-Elektrolyseure mit Leistungen von bis zu zwei Megawatt, die auf über 100 Megawatt skaliert werden können. Dazu hat sich das Unternehmen an Hoeller Electrolyzer beteiligt , einem Spezialisten, der den Elektrolyse-Stack entwickelt und herstellt. Dieser ist die Kernkomponente des Elektrolyseurs. Das gemeinsame Ziel von Rolls-Royce und Hoeller Electrolyzer: Die Entwicklung einer Lösung, um Wasserstoff mit grüner Energie kostengünstig und im großen Stil zu produzieren. Dies ist nicht nur ein ideales weiteres Element für ein mtu-Microgrid. Es schafft auch die Möglichkeit, Solar- und Windstrom zu speichern und zu nutzen, und somit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende zu leisten.

Mit dem Elektrolyse-Experiment aus dem Physik- oder Chemieunterricht, bei dem zwei Elektroden in einem Wasserbad hängen, hat die großtechnische Elektrolyse das Prinzip gemeinsam: In einem Elektrolyseur wird Wasser durch eine elektrochemische Reaktion in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Im Unterschied zum Elektrolyseexperiment aus dem Physik- oder Chemieunterricht wird hier statt Elektroden aber mit einer Membran gearbeitet. Über diese Membran wird Strom ins Wasser geleitet, wobei an der negativen Kathode Wasserstoff und an der positiven Anode Sauerstoff entsteht. Dieser Prozess findet in einer sogenannten Zelle statt, von denen hunderte so aufeinandergestapelt sind, dass sie die benötigte Menge an Wasserstoff möglichst wirtschaftlich und effektiv produzieren.

Warum Wasserstoff?

„Weil er keinen Kohlenstoff enthält, kann auch kein klimaschädliches CO2 entstehen, wenn er in Brennstoffzellen oder in Wasserstoffmotoren als Kraftstoff dient. So weit so einfach. Knackpunkt ist allerdings, dass bei der Produktion des Wasserstoffs kein klimaschädliches Kohlendioxid (CO2) anfallen darf, wie das teilweise der Fall ist, wenn man Wasserstoff aus Erdgas gewinnt“, erläutert Armin Fürderer, der die klimaneutralen Lösungen bei Rolls-Royce Power Systems leitet.

Also benötigt man „grünen“ Wasserstoff, der tatsächlich CO2-frei hergestellt ist. Deshalb versorgen Solarparks oder Windkraftanlagen die Elektrolyseure mit Strom, ohne dass dabei das klimaschädliche Kohlendioxid entsteht. Der gesammelte Wasserstoff aus den Elektrolyseuren kann vielfältig genutzt werden: In Brennstoffzellen wird mit dem Wasserstoff bei Bedarf wieder elektrische Energie erzeugt. Oder er treibt Wasserstoffmotoren an. In jedem Fall kann elektrische Energie zur Stromversorgung oder zum Antrieb von Fahrzeugen oder Schiffen erzeugt werden. Alternativ kann der „grüne Wasserstoff“ in der Industrie verwendet werden und sogenannten „grauen Wasserstoff“ – also Wasserstoff aus Erdgas – ersetzen.  

Verbrennungsmotoren laufen klimaneutral  

Eine weitere Möglichkeit: Mit Hilfe weiterer Energie aus erneuerbaren Quellen kann aus Wasserstoff und CO2 aus der Luft Methanol hergestellt werden. Wird dieses Methanol in einem künftigen mtu-Methanolmotor verwendet, wird wieder CO2 abgegeben. Da das abgegebene CO2 der Luft jedoch bei der Herstellung des Kraftstoffs vorher entnommen wurde, ist der gesamte Prozess CO2-neutral. Auch die Synthese anderer nachhaltiger Kraftstoffe wie E-Kerosin oder E-Diesel ist mit Wasserstoff möglich. Somit können auch weitere Sektoren wie der Schwerlastverkehr oder die Luftfahrt dekarbonisiert werden.    

Noch ist das Verfahren nicht ganz wirtschaftlich. Doch Stefan Höller, der Geschäftsführer und findiger Kopf hinter Hoeller Elektrolyzer, will das ändern. „Mit unserem Stack wird man Wasserstoff so preisgünstig herstellen, wie man es bislang nicht für möglich gehalten hat“, sagt er.  
Das hat seinen Grund: Denn Grundlage des Hoeller-Stacks sind mehr als 25 Jahre Know-how und Pionier-Arbeit des Firmengründers Stefan Höller. Er hat seine Technologie stetig weiterentwickelt und besitzt darauf mehrere Patente – immer mit dem Ziel, die Herstellungskosten von grünem Wasserstoff zu reduzieren. Der innovative Aufbau der Zellen und des Stacks steigert dessen Effizienz. Zudem kommt sein Stack mit deutlich weniger Platin und Iridium aus als sonst üblich. Ein höherer Ausgangsdruck und macht ihn noch leistungsfähiger.

Keine Zukunftsmusik

Bis der erste mtu-Elektrolyseur Wasserstoff produzieren wird, dauert es nicht mehr lange.  Die Entwicklungsarbeiten für den ersten mtu-Elektrolyseur auf der Basis eines Stacks von Hoeller laufen bereits seit einiger Zeit. Im Jahr 2023 wird er im Validation Center in Friedrichshafen in Betrieb gehen, um darzustellen, wie sich ein Elektrolyseur in die Gesamtarchitektur eines Microgrids einfügt. Ein erstes Kundenprojekt ist bereits für das Jahr 2024 geplant. „Wir werden gleich zum Start Elektrolyseure mit mehreren Megawatt Leistung auf den Markt bringen. Eine Gesamtleistung von über 100 Megawatt ist denkbar, indem mehrere Elektrolyseure miteinander kombiniert werden“, sagt Armin Fürderer.  

Rolls-Royce und Hoeller bündeln ihre Stärken  

Rolls-Royce Power Systems und Hoeller Elektrolyzer sind ideale Partner: Hoeller entwickelt die spezielle Technologie des Elektrolyse-Stacks, Rolls-Royce entwickelt daraus den kompletten Elektrolyseur, der im ersten Schritt in Containern untergebracht wird. Das globale Vertriebs- und Servicenetz von Rolls-Royce sichert den weltweiten Zugang zu einer Vielzahl von Kunden. Gespräche mit ersten Kunden laufen bereits. denn die ersten Kundenprojekte sollen bereits im Jahr 2024 in Betrieb gehen, damit Wasserstoff grün, seine Produktion wirtschaftlich und die Zukunft klimafreundlich wird.