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Produktion von grünem Wasserstoff: auf dem Weg zur seriellen Fertigung

Wasserstoffproduktion

Wasserelektrolyse ist die Technologie der Wahl, um grünen Wasserstoff herzustellen. Jahrzehntelang wurde sie in kleinem Maßstab erprobt und verfeinert. Nun geht es um eine schnelle Skalierung.

Vom Eingangsbereich des Carbon2Chem-Technikums in Duisburgsind es bis zu der grünen Halle nur ein paar Meter. Hier testet thyssenkrupp nucera eine für die Energiewende so wichtige Technologie: Der Wasserelektrolyseur mit einer Kapazität von 2 Megawatt liefert fortlaufend Daten und Erkenntnisse zur weiteren Verfeinerung der Wasserelektrolyse. Und diese hocheffiziente Elektrolyse-Technologie ermöglicht die Herstellung von grünem Wasserstoff im Industriemaß. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das groß angelegte Verbundprojekt (siehe Infokasten) seit 2016. Denn die Erkenntnisse, die die 16 beteiligten Kooperationspartner im Realbetrieb gewinnen können, sind auch für viele andere industrielle Prozesse relevant. „Wir haben beispielsweise unter Beweis gestellt, dass unsere Anlage auch bei schnell wechselnden Lastenprofilen zuverlässig grünen Wasserstoff produziert“, erzählt Dr. Jens Kuhlmann, der im Auftrag von Projektpartner thyssenkrupp nucera die Leitung der Pilotanlage hat. „Diese Zuverlässigkeit ist eine zentrale Voraussetzung für das Gelingen der Dekarbonisierung der Industrie.“

Wasserstoff: ehrgeizige Ausbauziele

Mathiak

Die Herstellung von grünem Wasserstoff ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Erst im Sommer bekräftigte die Bundesregierung die Schlüsselrolle der Elektrolyse in ihrer angepassten Nationalen Wasserstoffstrategie: Bis 2030 sollen in Deutschland 10 Gigawatt installierter Elektrolyse-Leistung entstehen, um den zunehmenden Bedarf an grüner Energie zumindest in Teilen aus eigener Produktion zu decken. 2030 ist zeitlich gesehen ein ehrgeiziges Ziel, findet Dr. Jens Mathiak, Head of Sales für den Bereich grüner Wasserstoff bei thyssenkrupp nucera: „Im Anlagenbau beginnen wir vier bis fünf Jahre im Voraus mit der Planung für große Projekte. Es bleiben also noch maximal drei Jahre, um die Voraussetzungen für die 10 Gigawatt zu schaffen.“

Kräftiger Umsatzzuwachs

Der Elektrolyse-Spezialist aus Dortmund weiß, wovon er spricht. Seit mehr als 50 Jahren plant und setzt thyssenkrupp nucera, die einstige Elektrolyse-Abteilung von thyssenkrupp Uhde, weltweit Projekte mit seinen Partnern um. Die langjährige Erfahrung aus der Chlor-Alkali-Elektrolyse ist die Basis für den zweiten großen Tätigkeitsbereich: die alkalische Wasserelektrolyse, bei der Wasser durch Anlegen von elektrischer Spannung in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird.

Das Geschäft boomt: So hat sich der Umsatz im Bereich Wasserelektrolyse in den ersten neun Monaten des Jahres gegenüber dem Vorjahreszeitraum annähernd verzehnfacht. Der Börsenneuling hat bereits bindende Verträge über mehr als 3 Gigawatt Kapazität abgeschlossen. Dazu zählt auch eine Anlage mit mehr als 2 Gigawatt in Saudi-Arabien, eines der weltweit größten Projekte zur Produktion von grünem Wasserstoff. Und in Deutschland? „Hier stehen wir noch am Anfang“, so Jens Mathiak. „Insbesondere große Anlagen werden aktuell in Ländern umgesetzt, in denen sich grüne Energiequellen kostengünstig und unbürokratisch erschließen lassen und in denen nur geringer Strombedarf besteht.“

Günstige Standortbedingungen

Dennoch sieht der Experte auch hierzulande Potenzial, denn der ideale Standort für eine Wasserelektrolyse sollte zwei Faktoren erfüllen: nah an der grünen Stromquelle und eng am Verbraucher sein. „Das waren genau die Prinzipien, mit denen die Stahl- und Chemieindustrie in der Rhein-Ruhr-Region so groß geworden ist. Energieintensive Industrien wurden dort angesiedelt, wo die Energie verfügbar war.“ Heute, im Zeitalter der Dekarbonisierung, profitiere das nordrhein-westfälische Industriezentrum von der Nähe zu den niederländischen Häfen mit ihren umrüstbaren LNG-Terminals, einer wachsenden Netzstruktur für künftige Wasserstofftransporte und den Windparks in Holland und Norddeutschland. Zudem werde der Aufbau von lokalen Elektrolyseuren mit sinkenden Anlagen- und Betriebskosten attraktiver.

Leistungsstarke Standardmodule

Schon jetzt profitieren Unternehmen von der hohen Skalierung und Standardisierung der Elektrolyse-Technologie von thyssenkrupp nucera. „Handarbeit war gestern, heute sind wir bereit für die produktorientierte Massenfertigung“, sagt Jens Mathiak. „Dafür steht unser kosteneffizientes Standardmodul Scalum®, das nicht nur eine hohe Stromdichte aufweist, sondern auch beliebig skalierbar ist.“ Scalum® ist aktuell eines der größten am Markt verfügbaren Elektrolyse-Module. Ein einzelnes Modul hat dabei eine Leistung von 20 Megawatt und ist so konstruiert, dass es sich einfach installieren und verschalten lässt. Auf diese Weise eignen sich die Elektrolyseure von thyssenkrupp nucera nicht nur für sehr große Projekte, sondern harmonieren auch mit verbrauchsnahen Versorgungskonzepten wie im Projekt „Carbon2Chem“.

Bleiben die Betriebskosten. Für Jens Mathiak ist klar: Damit Elektrolyse-Projekte künftig auch in Deutschland realisiert werden, müssen die Preise für grünen Industriestrom sinken. Derweil arbeitet das Unternehmen mit Hochdruck daran, die eigenen Fertigungskapazitäten auszuweiten – von derzeit 1 auf 5 Gigawatt pro Jahr.

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