grüne Gase

Erfolgsmodell in der Energiewirtschaft: das Wasserstoff-Zentrum h2herten

h2herten

Damit die Energiewende gelingt, muss nachhaltig erzeugte Energie aus Wind und Sonne zuverlässig und dauerhaft gespeichert werden können, z. B. in Form von Wasserstoff. Im Anwenderzentrum h2herten wird die entsprechende Technologie in lokalem Maßstab erprobt, für größere Anwendungen simuliert und weiter erforscht.

Im nordrhein-westfälischen Herten steht ein Vorzeigeprojekt aus dem Power-to-Gas-Sektor: Das Anwenderzentrum h2herten erzeugt Wasserstoff (H2) aus Windstromelektrolyse und kann so regenerative Energien klimafreundlich und bedarfsgerecht einsetzen.

Mit seinem Forschungsbeitrag sowie Einsparungen von über 110 Tonnen Kohlendioxid (CO2) jedes Jahr bereitet das Projekt den Weg für eine erfolgreiche Energiewende und wurde bereits 2015 für seinen innovativen Beitrag von der KlimaExpo.NRW, der landesweiten Leistungsschau für den Klimaschutz, ausgezeichnet.

von: Dr. Heinrich Dornbusch, Geschäftsführer der KlimaExpo.NRW

Der französische Science-Fiction-Autor Jules Verne erkannte bereits Ende des 19. Jahrhunderts: „Wasserstoff ist die Kohle des 21. Jahrhunderts.“ Er sollte Recht behalten. 2018 schließt die letzte Steinkohlezeche im Ruhrgebiet. Der Fokus liegt nun umso mehr auf der Energiewende und alternativen Energielieferanten – wie Wasserstoff. Bestes Beispiel für diesen Fortschritt ist das Wasserstoffkompetenzzentrum h2herten.

Lange Zeit war die Bergbaustadt Herten ein Zentrum der Kohleförderung in Nordrhein-Westfalen. Nun steht auf dem Gelände der ehemaligen Zeche Ewald das moderne Gewerbegebiet für Erneuerbare-Energien-Technologien. Kernstück ist das Anwenderzentrum h2herten. Zweck der Anlage ist es, Unternehmen eine Forschungs- und Entwicklungsplattform für die Weiterentwicklung integrierter Systeme für die erneuerbare Versorgung von Gebäuden oder Gebäudekomplexen zu bieten. Durch die Möglichkeit, beliebige Lastgänge sowohl auf Seiten der Erzeugung, als auch auf Seiten des Verbrauchs realitätsgetreu und sogar in Echtzeit zu simulieren, ergänzt um eine offene Schnittstelle für die Systemsteuerung, kann eine Vielzahl von Szenarien abgebildet werden. So wird es gerade kleinen und mittelständischen Unternehmen ermöglicht, ohne eigene Investitionen Zugriff auf eine der innovativsten Anlagen im Bereich Power-to-Gas und Energiespeicherung zu erhalten. Darüber hinaus hat sich h2herten zum modernen Technologiestandort in der Metropole Ruhr entwickelt.
 


Forschungszentrum für effiziente Energiespeicher

Als erstes städtisches Kompetenzzentrum für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie in Deutschland bietet h2herten die Möglichkeit, neuartige Technologien für die dezentrale Energieversorgung zu simulieren und zu demonstrieren. „Wir führen hier entwickelnde Forschung und handwerkliche Praxis zusammen“, sagt Dr. Babette Nieder, Beauftragte für Energie und Innovation der Stadt Herten und Geschäftsführerin der Beteiligungsgesellschaft Herten, zu der auch das Anwenderzentrum gehört. „Mit unseren technischen Aufbauten können wir jede Art von Energieverbrauch simulieren. Das ist bislang einzigartig in Europa“, so Dieter Kwapis von der Hertener Wirtschaftsförderungsgesellschaft HTVG. Bereits 15 Unternehmen und Institute sind im h2herten angesiedelt, darunter Gencell Fuel Cell Generators, HYREF, HYCON, Concord Blue, der h2-Netzwerk-Ruhr e. V. und das Energieinstitut der Westfälischen Hochschule.
 


Energie effizient speichern und aufbereiten

Erneuerbare Energien machen aktuell einen Anteil von 12,6 Prozent der Primärenergie in Deutschland aus. Experten prognostizieren, dass dieser Anteil bis 2030 auf 30 Prozent ansteigt. Die große Herausforderung besteht darin, die regenerative Energie langfristig zu speichern, um sie bedarfsgerecht einsetzen zu können. „Energie effizient zu speichern, ist der Schlüssel für das Gelingen der Energiewende“, bestätigt auch Dr. Nieder. Dabei ist ein entscheidender Faktor, dass die Stromgewinnung aus Wind- und Sonnenenergie witterungsabhängigen Schwankungen unterliegt. Das Stromnetz muss jedoch stabil gehalten werden. Daher ist es wichtig, den Strom bedarfsgerecht abzugeben. Hierfür braucht es einen alternativen Stromspeicher, der die unregelmäßige Energieerzeugung durch Wind und Sonne in Hinblick auf den tatsächlichen Bedarf ausbalanciert. An diesem Punkt setzt das Anwenderzentrum h2herten mit seiner Wasserstofftechnologie an.

Gasgewinnung durch Elektrolyse

Wasserstoff gilt als idealer Speicher für große Energiemengen. In Gasform kann die Energie für nahezu unbegrenzte Zeit aufbewahrt werden. Um den Wasserstoff zu gewinnen, kommt in Herten das sogenannte Energiekomplementärsystem zum Einsatz: Der Wind- bzw. Solarstrom treibt einen Elektrolyseur an, der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Ein ionischer Verdichter komprimiert den Wasserstoff, welcher schließlich in einem Wasserstofftank gespeichert wird. Über ein Brennstoffzellen-Verbrennungs-Hybridsystem wird das Gas wieder in Strom umgewandelt.
 


Verschiedene Betriebsmodi für Industrie und Forschung

Neben der Windstromelektrolyse ist die Anlage auf unterschiedliche Forschungszwecke ausgelegt. Für Versuche und Prüfverfahren kann sie in drei verschiedenen Betriebsmodi laufen:

  • Im netzparallelen Betrieb ist sie mit dem Stromnetz verbunden. Das Netz gibt die Frequenz vor. Die Netzanbindung sorgt für Systemstabilisierung und regelt die Strom-Über- bzw. Unterversorgung ab.
  • Im netzbildenden Betrieb (Inselnetz) ist die Anlage vom Stromnetz entkoppelt. Dann arbeitet sie komplett autark. Umrichter und Batterie geben in diesem Fall die Spannung/Frequenz vor und werden von Mitarbeitern über das Energie-Management-System gesteuert.
  • Der Einzelbetrieb der Komponenten dient dazu, das Geräte-Verhalten von Elektrolyseur, Batteriespeicher, Kompressor, Brennstoffzelle und Leistungselektronik unter Laborbedingungen zu testen und die Erkenntnisse für spätere Simulationen zu erforschen.

Dank der unterschiedlichen Modi kann die Anlage in kleinem Maßstab die gesamte Energieprozesskette von der Umwandlung des Stroms bis zu seiner erneuten Nutzung detailliert darstellen. Das ist für Unternehmen der Energieindustrie weltweit attraktiv. Aktuell testet beispielsweise der japanische Chemiekonzern Asahi Kasei eine alkalische Wasserelektrolyse in Herten.

Versorgung durch regenerative Energiequellen

Den Strom erzeugen die Windkraftanlage auf der nahegelegenen Halde Hoppenbruch sowie die Fotovoltaikanlage auf dem Dach des Anwenderzentrums. Die so gewonnenen rund 200.000 Kilowattstunden Strom versorgen jährlich die 1.800 m2 Bürofläche sowie 1.200 m2 Technikraumfläche und Labore. So spart h2herten jedes Jahr rund 111 Tonnen CO2 ein. Die überschüssige Energie speichert die Anlage in Form von Wasserstoff. Der Wasserstoff soll künftig E-Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb versorgen und kann über Gasleitungen auch andere Standorte an Rhein und Ruhr mit Energie beliefern.

Gemeinsam in die klimafreundliche Zukunft

Das Wasserstoffkompetenzzentrum in Herten ist als Zukunftsprojekt angelegt. Forschung und Anwendung gehen hier Hand in Hand, dazu soll die Bevölkerung für die Energiewende mit Wasserstoff sensibilisiert werden. Führungen auf dem Werksgelände für Schulen, Universitäten und Unternehmen vermitteln, welchen Nutzen die Wasserstofftechnologie mit sich bringt. Aktuelles Beispiel zur klimafreundlichen Mobilität: Im Herbst 2018 soll die erste öffentliche Wasserstofftankstelle vor Ort eröffnen.

Auch wenn es zur erfolgreichen Energiewende im großen Maßstab noch ein weiter Weg ist: Mit einer starken Klimaschutzbilanz und einem vorbildlichen Forschungsbeitrag ist das Wasserstoffkompetenzzentrum h2herten schon jetzt bestes Beispiel dafür, wie die CO2-neutrale Energiespeicherung und -nutzung in Zukunft gelingen kann und gilt aufgrund seiner innovativen Leistung als Vorreiterprojekt der KlimaExpo.NRW im Themengebiet „Energie neu denken“.

Über den Autor

Dr. Heinrich Dornbusch ist Geschäftsführer der KlimaExpo.NRW. Der promovierte Ingenieur absolvierte ein Studium der Metallurgie und Werkstofftechnik an der RWTH Aachen und hat verschiedene berufliche Stationen im Bereich Internationalisierung und Innovationsmanagement durchlaufen. Seit 2013 treibt er als Geschäftsführer der KlimaExpo.NRW den Klimaschutz aktiv voran.

Kontakt:
Munscheidstr. 14
45886 Gelsenkirchen

heinrich.dornbuschklimaexponrw
www.klimaexpo.nrw