Hochhaus-Schiffsbetriebstechnik
Wasserstoff
Grüner Wasserstoff – also solcher, der mit erneuerbaren Energien hergestellt wird – gilt als Hoffnungsträger der Energiewende. Grundsätzlich kann Wasserstoff als Basis für Kraft- und Brennstoffe dienen, um etwa in Industrie und Verkehr Kohle, Öl und Erdgas abzulösen. Seine Herstellung ist aber sehr energieintensiv und derzeit noch deutlich teurer im Vergleich zu fossilen Energieträgern.
Im Zuge der Energiewende werden Elektrolyseure zur Erzeugung von Wasserstoff in naher Zukunft eine bedeutende Rolle einnehmen.
(siehe auch Europäische Wasserstoffbank)
Nach Angaben des Bundeswirtschaftsministeriums wird Deutschland im Jahr 2030 Wasserstoff und Wasserstoffderivate in Höhe von 45 bis 90 Terawattstunden importieren müssen. Das entspricht rund 50 bis 70 Prozent des Bedarfs. Bis 2045 könnte der Gesamtbedarf demnach auf bis zu 700 Terawattstunden (21 Mio t Wasserstoff) ansteigen. Es sei davon auszugehen, dass der Importanteil nach 2030 weiter steigt.
Im Jahr 2018 wurden weltweit rund 70 Mio. t (780 Mrd. m3) reiner Wasserstoff verbraucht (IEA 2019). Hinzu kamen etwa 40 Mio. t (445 Mrd. m3) Wasserstoff in Form von Gasgemischen, die zur Synthese von chemischen Grundstoffen verwendet wurden.
Gegenwärtig wird reiner Wasserstoff vor allem aus Erdgas und Kohle hergestellt, ohne das anfallende CO2 abzuscheiden. Etwa 6 % der globalen Erdgasförderung und 2 % der weltweiten Kohleförderung werden für die Herstellung von Wasserstoff verwendet (IEA 2019). Bedeutender Anwender der Kohlevergasung ist China, das 2018 schätzungsweise zwei Drittel seines Wasserstoffbedarfes darüber deckte. Ein Forschungsprojekt zur Braunkohlevergasung mit CO 2-Abtrennung wird gegenwärtig in einer australisch-japanischen Kooperation im australischen Bundesstaat Victoria durchgeführt. In Europa befinden sich Projekte zur Herstellung von blauem Wasserstoff, wobei CO2 abgetrennt und im geologischen Untergrund gespeichert wird.
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IEA ist die Internationale Energieagentur (IEA, englisch International Energy Agency) ist eine Kooperationsplattform im Bereich der Erforschung, Entwicklung, Markteinführung und Anwendung von Energietechnologien.
Nach einem langsamen Start hat China die Führung bei der Einführung von Elektrolyseuren übernommen.
Im Jahr 2020 entfielen auf China weniger als 10 % der weltweit installierten Elektrolyseur-Kapazität für die reine Wasserstofferzeugung, die sich auf kleine Demonstrationsprojekte konzentrierte. Im Jahr 2022 wuchs die in China installierte Kapazität auf mehr als 200 MW, was 30 % der weltweiten Kapazität entspricht, einschließlich des weltweit größten Elektrolyseprojekts (150 MW).
Bis Ende 2023 dürfte Chinas installierte Elektrolyseur-Kapazität 1,2 GW erreichen - 50 % der weltweiten Kapazität - mit einem weiteren Elektrolyseprojekt von Weltrekordgröße (260 MW), das dieses Jahr in Betrieb genommen wurde. China ist auf dem besten Weg, seine führende Position bei der Einführung von Elektrolyseuren weiter zu festigen: Auf das Land entfallen mehr als 40 % der Elektrolyseprojekte, die weltweit den FID erreicht haben.
Die jährliche Produktion von emissionsarmen Wasserstoff könnte im Jahr 2030 38 Millionen Tonnen pro Jahr erreichen, wenn alle angekündigten Projekte realisiert werden, wobei fast drei Viertel davon von Elektrolysern aus erneuerbaren Energien und dem Rest mit fossilen Brennstoffen mit Kohlenstoffabscheidung, -ausnutzung und -speicherung stammen. Die besten Aussichten für die Verwendung von emissionsarmen Wasserstoffern liegen in schwer zu hydrierenden Industriesektoren, indem Wasserstoff ersetzt wird, der aus unverminderten fossilen Brennstoffen produziert wird, aber der Fortschritt war langsam. Die mangelnde Aufmerksamkeit für die Schaffung der Wasserstoffnachfrage wird in den bestehenden Länderverpflichtungen veranschaulicht.
Quelle IEA (global-hydrogen-review-2023)
Fakten zur Wasserstoffproduktion
durch Elektrolyse
(Quelle: https://www.regionale-industrieinitiativen.de/data-fact/elektrolyseure-und-brennstoffzellen/)
- Seit wann: 1800 wurde die erste Elektrolyse durchgeführt
- Mit Wasserstoff erzeugte Energie im Jahr 2022 (Deutschland): 57 MW[1]
- Anzahl Elektrolyseure-Hersteller (weltweit, Stand 2022): 17[2]
- Geplante Elektrolysekapazitäten bis 2030 (Deutschland): 10 GW[3]
- Geplante Elektrolysekapazitäten bis 2030 (EU): ca. 100 GW
- Geplantes Pipelinenetz für Deutschland bis 2030: ca. 11.200 km[4]
- Benötigte Materialien und Rohstoffe: u. a. Nickel, Titan, Iridium, Palladium, Platin, Scandium, Aluminium, Zirkonia, Cer, Yttrium[5]
Offshore-Wasserstofferzeugung mittels Offshore-Windenergie als Insellösung
Quellen und weitere Daten
[1] Wasserstoff – Länder in Europa nach Elektrolysekapazität 2022 | Statista
[2] Power-to-X – Power-to-X-Marktübersicht: 92 Elektrolyseure von 17 Herstellern
[3] Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie (bmwk.de)
[4] Wasserstoff-Kernnetz – FNB GAS (fnb-gas.de)
[5] Rohstoffbedarfe | Wasserstoff Kompass (wasserstoff-kompass.de)
[6] 2020_DIHK_Broschüre_Wasserstoff_A4_final.indd
[7] Energie: Brennstoffzelle – Energie – Technik – Planet Wissen (planet-wissen.de)
[8] Wasserstoff Brennstoffzelle – Wasserstoff | TÜV NORD (tuev-nord.de)
[9] Grüner Wasserstoff – Energieträger der Zukunft – future:fuels (futurefuels.blog)
[10] 2020_DIHK_Broschüre_Wasserstoff_A4_final.indd, 8.
[11] Wasserstoff statt Elektrifizierung? Chancen und Risiken für Klimaziele — Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (pik-potsdam.de)
[12] Fact_sheet_Stahl.pdf (wasserstoff-kompass.de)
[13] Normungsroadmap gestartet: Netzintegration von Elektrolyseuren und Wasserstoff (dke.de)
[14] th2004_03_01.pdf (fvee.de)
[15] 2020_DIHK_Broschüre_Wasserstoff_A4_final.indd,8.
[16] PowerPoint-Präsentation (wasserstoff-kompass.de)
[17] Wirkungsgrad Brennstoffzelle | So hoch ist er wirklich (sfc.com)
[18] Wasserstoff-Kernnetz – FNB GAS (fnb-gas.de)
[19] Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie (bmwk.de), Seite 9.
[20] AE_Kohlenstoffkorrosion_in_PEM_Brennstoffzellen_V01-0_de.pdf (fraunhofer.de)
[21] Wasserstoff: Energieträger der Zukunft? | Prognos
[22] NWR_Stellungnahme_Umsetzung_RED_II_inkl._Anlage.pdf (dena.de)
[23] Wasserstoff: Champagner der Energiewende? – Handelsblatt Live
Nationalen Wasserstoffstrategie
Deutschland hat sich ambitionierte Energie- und Klimaziele gesetzt. Bis 2045 wollen wir Treibhausgasneutralität erreichen. Für das Erreichen dieser Ziele müssen wir die Energieeffizienz deutlich steigern. Außerdem muss unsere Energie- und Rohstoffversorgung, die bislang noch zu einem großen Teil auf fossilen Brennstoffen beruht, dekarbonisiert werden, in dem wir sie auf erneuerbare oder hierauf beruhende erneuerbare Energieträger, wie zum Beispiel Wasserstoff, umstellen.
Mit der Nationalen Wasserstoffstrategie (NWS) und ihrer Fortschreibung will die Bundesregierung den Einsatz klimafreundlicher Wasserstofftechnologien vorantreiben und schon frühzeitig auch einen Beitrag zur Diversifizierung der Energieimporte und damit zur Versorgungssicherheit Deutschlands leisten.
Einfacher Aufbau zur Demonstration der Elektrolyse von Wasser zu Hause.
Es wird benötigt: Ein Glas Wasser, zwei an beiden Enden angespitzte Bleistifte, entweder eine 9-Volt-Batterie oder einen 9-12-V-Gleichstromadapter. Einige Drahtstücke Klebeband zum Fixieren der Teile und ein Teelöffel Kochsalz. Nachdem du alles angeschlossen hast, bilden sich sofort Blasen an den Spitzen der Bleistifte. Sauerstoffgasblasen (O2) bilden sich an der Plus-Elektrode, der Anode. Wasserstoffgasblasen (H2) bilden sich an der Minus-Elektrode (Kathode). Die Menge wird doppelt so groß sein wie die Menge an O2. Reines Wasser ist ein Isolator und die Elektrolyse kann zu langsam ablaufen. Einige werden sagen, dass Schwefelsäure oder NaSo4 besser ist, aber diese sind außerhalb von Labors nicht leicht erhältlich. Außerdem ist der Umgang mit Schwefelsäure gefährlich.
Für den Zweck dieser Demonstration reicht Kochsalz (NaCl) aus. Die Verwendung von NaCl als Elektrolyt führt zu einer gewissen Verunreinigung in Form von Chlorgas an der Anode, aber das sollte für den Zweck dieser Demonstration nicht wichtig sein. Einige Dinge sind zu variieren: Versuchen Sie, die Bleistiftmine (Graphit) vom Holz abzuziehen, um die Kontaktfläche mit dem Wasser zu vergrößern. Versuchen Sie zu sehen, was passiert, wenn Sie die Wassertemperatur variieren.
Elektrolyseur
| Bei der Wasser-Elektrolyse wird Wasserstoff mit einem Elektrolyseur durch elektrischen Strom erzeugt, der an zwei sich in Wasser befindende Elektroden angelegt wird. | |
| Hochtemperatur-Elektrolyse | Wasser-Elektrolyse, bei der durch hohe Temperaturen (bis 900 °C) der Wirkungsgrad verbessert wird |
| Chloralkali-Elektrolyse | Bei der Chloralkali-Elektrolyse entstehen Wasserstoff und Chlor als Nebenprodukte der Herstellung von Natron- und Kalilauge in der Chemischen Industrie |
Quelle Wikipedia
Firmen zur Herstellung von Elektrolyse-Anlagen
20 große Elektrolyseurhersteller, darunter Nel Hydrogen, Siemens Energy und Thyssenkrupp Nucera, arbeiten zusammen, um die europäische Wasserstoffindustrie zu unterstützen und den Zustrom billiger chinesischer Importe einzudämmen.
Wie die Financial Times (Paywall) und Reuters berichten , haben die Hersteller gemeinsam einen Brief unterzeichnet, in dem sie die designierte EU-Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen auffordern, gleiche Wettbewerbsbedingungen zu gewährleisten und mehr „Made in Europe“-Standards für die Branche zu fordern.
92 Elektrolyseure von 17 Herstellern
Erfasst wurden alle Systeme anhand von im Internet verfügbaren Datenblättern. Gibt es keine öffentlich zugänglichen Daten, wurde das Produkt nicht in die Liste aufgenommen.
https://power-to-x.de/power-to-x-marktuebersicht-92-elektrolyseure-von-17-herstellern/
Nel ASA
Nel ASA ist ein global operierendes, norwegisches Unternehmen mit Sitz in Oslo, das Lösungen für die Herstellung von Wasserstoff aus elektrischer Energie, sowie dessen Speicherung und Verteilung liefert. Das Unternehmen ist im OBX Index der Börse Oslo gelistet.
Quelle Wikipedia
Geschichte
1927 Die erste kleine Elektrolyseuranlage bei Norsk Hydro, Notodden, Norwegen. Tests zur Herstellung von reinem Wasserstoff zur Düngemittelherstellung.
1940 Die weltweit größte Wasserelektrolyseuranlage in Rjukan, Norwegen, mit einer Gesamtkapazität zur Wasserstoffproduktion aus Wasserkraft von über 30.000 Nm3/Stunde.
1953 Inbetriebnahme einer zweiten großen Wasserkraft-Elektrolyseuranlage zur Wasserstoffversorgung der Ammoniakproduktion im norwegischen Glomfjord.
1959 Vollständige Neugestaltung der Elektrolyseureinheit, die die Grundlage für den heutigen atmosphärischen Elektrolyseur von Nel bildet.
2003 Nel eröffnet in Reykjavik, Island, die weltweit erste öffentlich zugängliche Wasserstofftankstelle.
2014 Nel wird das erste zu 100 % auf Wasserstoff spezialisierte Unternehmen, das an der Osloer Börse notiert ist.
2015 Nel übernimmt H2 Logic und erweitert damit sein Produktportfolio um die weltweit führende Wasserstoff-Betankungstechnologie.
2017 Nel übernimmt Proton OnSite und erweitert damit sein Produktportfolio um die weltweit führende PEM-Elektrolysetechnologie. Damit wird Nel zum weltgrößten Elektrolyseurunternehmen.
2018 Nel schließt den Bau der weltweit größten Produktionsanlage für Wasserstofftankstellen mit einer Kapazität von 300 Einheiten pro Jahr ab.
2019 Nel gibt Baupläne für die weltweit größte Anlage zur Herstellung von Elektrolyseuren bekannt, um Aufträge im Wert von mehreren Milliarden NOK abzuwickeln.
2020 Nel eröffnet die erste H2Station™ in Korea.
2022 Nel weiht die bis dato weltgrößte Anlage zur Herstellung von Elektrolyseuren ein und erhöht damit die jährliche Produktionskapazität für alkalische Batterien auf 500 MW
2024 Die Betankungsabteilung von Nel wird ausgegliedert und an der Osloer Börse als Cavendish Hydrogen notiert - wodurch zwei völlig unabhängige Pure-Play-Unternehmen entstehen
2024 Nel stellt die zweite Produktionslinie auf Herøya fertig und erhöht damit die jährliche Produktionskapazität für Alkalibatterien auf 1 GW
Thyssenkrupp Nucera
Die Gründung der ThyssenKrupp-Uhde-Elektrolyseabteilung im Jahr 1960 und der Chlorine Engineers Corp. Ltd. (Japan) im Jahr 1973 bilden die Wurzeln von Thyssenkrupp Nucera. Im Jahr 2001 ging die Uhdenora (Italien) aus einem Joint Venture zwischen Uhde und Industrie De Nora[2], einem Hersteller von Elektroden, hervor.
Uhde gliederte sein Elektrolysegeschäft 2013 in ein eigenständiges Unternehmen namens Thyssenkrupp Electrolysis GmbH aus. Aus einem Joint Venture zwischen Thyssenkrupp Industrial Solutions und Industrie De Nora entstand 2015 thyssenkrupp Uhde Chlorine Enginee Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers integrierte dabei ausgegliederte Unternehmen wie Uhdenora oder Thyssenkrupp Electrolysis. Im Jahr 2022 wurde Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers in Thyssenkrupp Nucera umbenannt.
Thyssenkrupp hielt bis zum Börsengang am 7. Juli 2023 66 % der Anteile.
Quelle Wikipedia
https://thyssenkrupp-nucera.com/
Air Liquide und Siemens
bilden ein Gemeinschafts-unternehmen für Wasserstoff-Elektrolyseure
Die Stacks basieren auf der PEM-Elektrolyse (PEM: Protonen-Austausch-Membran). Sie zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und eignen sich besonders gut für den flexiblen Betrieb mit volatilen erneuerbaren Energien.
Quelle Siemens
H-TEC SYSTEMS
H-TEC SYSTEMS entwickelt und produziert PEM-Elektrolyseure und Elektrolyse-Stacks , diese und ermöglichen eine wirtschaftliche Produktion von grünem Wasserstoff.
H-TEC SYSTEMS ist seit über fünfundzwanzig Jahren in der Wasserstoffbranche aktiv und arbeitet an zwei Standorten in Deutschland sowie einem Standort in Houston,
USA. Es ist Teil von MAN Energy Solutions und gehört damit zu Volkswagen. H-TEC SYSTEMS liefert die
Schlüsseltechnologie für die Power-to-X-Wertschöpfungskette, denn aus Wasserstoff entstehen nachhaltige Kraftstoffe wie Mathanol und Ammoniak.
Homepage https://www.h-tec.com/unternehmen/
Sunfire
Sunfire ist ein Elektrolyse-Unternehmen mit rund 650 Mitarbeitenden an Standorten in Deutschland und der Schweiz mit dem Ziel: Fossile Rohstoffe in allen Lebensbereichen durch erneuerbare Energien zu ersetzen.
Mit diesem Fokus werden industrielle Elektrolyseure der Druck-Alkali-Technologie sowie Hochtemperatur-Elektrolyseure entwickelt und produziert, um grünen Wasserstoff und Synthesegas zu erzeugen.
Quelle Sunfire
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Elogen
Elogen (ehemals AREVA H2Gen) ist ein weltweit tätiger Hersteller von PEM-Elektrolyseuren mit langjähriger Entwicklungserfahrung im Bereich der PEM-Technologie. Seit Oktober 2020 ist Gaztransport & Technigaz SA (GTT) alleiniger und neuer Gesellschafter. GTT ist ein börsennotiertes französisches Schiffbau- und Ingenieurunternehmen mit Hauptsitz im Großraum Paris, das sich auf Membransysteme für den Transport und die Lagerung von Flüssiggas (LNG) weltweit spezialisiert hat. Im Portfolio von Elogen sind aktuell containerbasierte Elektrolysesysteme im Leistungsbereich zwischen 50 kW und 10 MW, sowie auch gemeinsam mit EPC Partner entwickelte multi-MW Wasserstoff-Produktionsanlagen.
Die containerbasierten Systeme kommen bereits weltweit in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz, von der Kleinindustrie bis hin zu großen Industrie- sowie Mobilitätsanwendungen.
Der Hauptsitz von Elogen befindet sich im Großraum Paris (Les Ulis), mit einer Niederlassung in Köln. Die Mitarbeiter am Standort der Elogen GmbH in Köln arbeiten in den Bereichen Geschäftsentwicklung, Vertrieb/Verkauf, Projektmanagement sowie Forschung, Entwicklung und Innovation (“FEI”).
Quelle Elogen
https://www.hycologne.de/hcmitglied/elogen-gmbh/
