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Apr 08, 2024

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1. August 2023 | Von Mary Page Bailey Die Zukunft des grünen Wasserstoffs hängt vom Erfolg jeder Phase seines Ökosystems ab. Viele Faktoren tragen zum notwendigen Ausbau der kritischen Infrastruktur bei

1. August 2023 | Von Mary Page Bailey

Die Zukunft von grünem Wasserstoff hängt vom Erfolg jeder Phase seines Ökosystems ab. Viele Faktoren tragen zum Ausbau der kritischen Infrastruktur bei, der für die industrielle Dekarbonisierung erforderlich ist

Weltweit wird Wasserstoff zunehmend als wichtiger Bestandteil industrieller Dekarbonisierungsstrategien betrachtet, sowohl als alternativer Kraftstoff als auch als Methode zur Dekarbonisierung von Fertigungssektoren, die Wasserstoff als Rohstoff verwenden. In jüngster Zeit haben Anreize aus dem Inflation Reduction Act (IRA) die Aktivitäten rund um kohlenstoffarme Wasserstoffprojekte in den USA rasch beschleunigt. Ziel ist es, die Nutzung von Wasserstoff als Energiequelle und die Einführung von „grünem“ Wasserstoff gegenüber herkömmlichen fossilen Brennstoffen zu steigern. basierend auf „grauem“ Wasserstoff. Im Rahmen der IRA werden erhebliche Mittel des US-Energieministeriums (DOE; Washington DC; www.energy.gov) für regionale Hubs für sauberen Wasserstoff bereitgestellt – groß angelegte Produktions- und Transportnetzwerke, die den vollständigen Wasserstoff aufbauen werden Wertschöpfungskette. Zu diesen Hubs gehören Elektrolyseure zur Herstellung von grünem Wasserstoff aus Wasser, Tankstellen zur Verteilung und Brennstoffzellen zur Umwandlung in Strom sowie Pipelines, Tanks und andere Logistikinfrastruktur. Jeder Hub hat einen formellen Vorschlag eingereicht und die Auswahl der Fördermittel wird später in diesem Jahr bekannt gegeben. Während die CO2-arme Wasserstoffproduktion in den USA und darüber hinaus zunimmt, werden hinter den Kulissen dieser massiven Ausweitung zahlreiche kritische Faktoren berücksichtigt, darunter Bedenken hinsichtlich der Arbeitskräfte, der Sicherheit und Speicherung von Wasserstoff, der Lieferketten der Ausrüstung und der Endverwendung.

Da immer mehr CO2-arme Wasserstoffprojekte angekündigt werden, nimmt die Herstellung von Elektrolyseuren und zugehörigen Komponenten rasch zu, wobei der Schwerpunkt auf Skaleneffekten und Automatisierung liegt. Gleichzeitig reduzieren Fortschritte bei der Energieeffizienz und Haltbarkeit durch leistungsstärkere Membranen und Katalysatoren die Investitionskosten im Vorfeld. „Die Hochskalierung der Elektrolyseurproduktion ist einer der größten potenziellen Engpässe beim Ausbau des Wasserstoffmarktes. Eine erhebliche Produktionssteigerung basiert wiederum auf einem massiven Ausbau der erneuerbaren Energiekapazitäten. Strategische Investitionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette sind der Schlüssel zur Verhinderung einer langfristigen Produktionsbeschränkung“, sagt Stefanie Kopchick, Wasserstoff-Business-Venture-Leiterin bei The Chemours Company (Wilmington, Delaware; www.chemours.com). Chemours befindet sich in einer einzigartigen Position als Hersteller von Elektrolyseurkomponenten – nämlich Nafion-Ionenaustauschmembranen – und als Nutzer von grünem Wasserstoff an einigen seiner Produktionsstandorte. Das Unternehmen kündigte kürzlich Pläne an, 200 Millionen US-Dollar zu investieren, um die Produktionskapazitäten für Ionenaustauschmaterialien in seinem Werk in Villers-Saint-Paul, Frankreich, zu erweitern, und arbeitet außerdem mit TC Energy zusammen, um Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (PEM) zu installieren (Abbildung 1). ) soll im Rahmen des Appalachian Regional Clean Hydrogen Hub (ARCH2)-Vorschlags Wasserstoff für zwei Chemours-Produktionsstandorte in West Virginia liefern. „Um die Dekarbonisierung unserer Herstellungsprozesse an jedem Standort weiter voranzutreiben, plant Chemours, einen Teil des produzierten sauberen Wasserstoffs als Brennstoffmischung mit Erdgas zu verbrauchen, um bestehende Kesselanlagen zu befeuern“, fügt Kopchick hinzu. Um die für die industrielle Dekarbonisierung erforderlichen Wasserstoffproduktionskapazitäten zu erreichen, muss die Leistung der Elektrolyseure parallel zum Produktionsmaßstab weiter verbessert werden, insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz und die Haltbarkeit der internen Komponenten. „Wir sind ständig bestrebt, die Energieeffizienz unserer Ionenaustauschmembranen zu steigern, was sich direkt auf die Gesamteffizienz des Elektrolyseurs auswirkt. Gleichzeitig arbeiten wir daran, die Haltbarkeit der Membranen zu erhöhen. Darüber hinaus können geringere Kosten erzielt werden, indem die Katalysatorbeladung reduziert oder auf alternative Katalysatoren umgestellt wird, die weder die Effizienz noch die Haltbarkeit beeinträchtigen. In diesem Bereich entwickelt Chemours weiterhin Ionomerdispersionen weiter, die einen effizienteren Einsatz von Edelmetallkatalysatoren und eine längere Lebensdauer in diesen Anwendungen ermöglichen“, sagt Kopchick.

ABBILDUNG 1. Die Lieferkette für grünen Wasserstoff beginnt mit der Herstellung von Elektrolyseuren und den dazugehörigen Komponenten, einschließlich Katalysatormaterialien und Membranen

Die Hydrogen Hubs bringen Industrie, Wissenschaft und Regierungsbehörden zusammen, um die einzigartigen geografischen, arbeitskräftebezogenen und infrastrukturellen Vorteile ihrer jeweiligen Regionen zu nutzen. Da sich die Hubs auf kommerziell nutzbare Technologien konzentrieren und nicht auf die Erprobung konzeptioneller oder forschungsorientierter Vorhaben, konzentrieren sich die Aufgaben der Universitäten im Allgemeinen auf die Verbesserung der Fähigkeiten der Arbeitskräfte und die Förderung vorteilhafter Beziehungen zu den Gemeinden, in denen die Projekte tatsächlich durchgeführt werden. „Universitäten spielen eine sehr wichtige Bindegewebsrolle, um unsere Fertigungsallianzen, unsere Regierungsbehörden und andere Universitätspartner zu einer zusammenhängenden Gemeinschaft zusammenzubringen“, erklärt Tim Filley, Direktor des Institute for Resilient Environmental and Energy Systems (IREES). ) an der University of Oklahoma (Norman; www.ou.edu), einem Partner des HALO Hydrogen Hub (www.h2alo.org), einer regionalen Koalition zwischen Arkansas, Louisiana und Oklahoma, die sich um eine Finanzierung beim DOE bewirbt. „Bei dem Hub geht es in erster Linie um bahnbrechende Technologien, nicht um Forschung und Entwicklung oder Pilotprojekte. Deshalb suchen wir nach Branchen, die über bestehende Technologien verfügen, die bereit sind, auf den Markt gebracht und skaliert zu werden. Wir denken auch über die Schnittstelle zwischen lokaler Produktion und Abnahme nach“, fügt er hinzu.

Ein zentraler Gesichtspunkt für die Wirtschaftlichkeit eines Wasserstoff-Hubs ist die Fähigkeit, die vorhandene Infrastruktur und die natürlichen Ressourcen zu nutzen, die natürlich von Region zu Region sehr unterschiedlich sind. „Das ultimative Ziel ist eine lebendige Wasserstoffwirtschaft entlang der Wertschöpfungskette mit sauberer Produktion, sauberer Lagerung und sauberer Nutzung. Wir haben eine breite Perspektive, was die Endverbraucher betrifft, und denken darüber nach, die Stärken der drei Staaten zu nutzen – Sie können sich vorstellen, dass diese Staaten über enorme Stärken in der petrochemischen Industrie und Zugang zu riesigen Erdgasreserven verfügen, aber wir Außerdem verfügen wir über reichlich Ressourcen, die es uns ermöglichen, durch Elektrolyse grünen Wasserstoff herzustellen. Die Elektronen, die wir zur Herstellung von Wasserstoff verwenden, werden aus verschiedenen Quellen stammen – aus Methan sowie aus Wind-, Solar- und möglicherweise Kernkraft“, sagt Filley.

Aber natürliche Ressourcen und physische Infrastruktur sind nicht die einzigen Faktoren, die den Vorschlag eines Wasserstoff-Hubs unterstützen – es gibt auch komplexe Überlegungen im Zusammenhang mit Arbeitskräften, Bildung sowie ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen auf die lokalen Gemeinschaften. Die Wasserstoff-Hubs fallen unter die großen Infrastruktur- und Energieprojekte der Bundesinitiative Justice40, die darauf abzielt, die Belastung von Gemeinden zu verringern, die überproportional von Umweltverschmutzung und den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sind. „Mit Blick auf die Executive Order von Justice40 streben wir danach, die Ziele der Umweltgerechtigkeit voranzutreiben, indem wir über Vielfalt, Gerechtigkeit, Inklusion und Zugänglichkeit nachdenken, um sicherzustellen, dass die Gemeinden, in denen wir die Einrichtungen errichten, davon profitieren“, sagt Filley. „Wir stellen nicht nur sicher, dass wir gut bezahlte Arbeitsplätze vor Ort schaffen, sondern schauen uns auch die Belastungen der Gesellschaft in diesen Gebieten an – Energiebelastungen, Umweltbelastungen, Arbeitsplatzbelastungen und wie wir einige davon beheben können.“ Wir vernetzen uns mit Sozial- und Produktionsgruppen, um gemeinsam Pläne für gemeinnützige Zwecke zu entwickeln“, bemerkt Filley.

Die regionalen Wasserstoffzentren in den USA sind so konzipiert, dass sie die Vorteile bestehender Infrastruktur, Industriestandorte, natürlicher Ressourcen und Geologie nutzen. Offensichtlich variieren diese Faktoren stark von Region zu Region, was die Vorschläge zu einzigartigen Ausschnitten der Energielandschaft des Landes macht. Ein wichtiger Teil des Puzzles ist der Plan der Region zur Wasserstoffspeicherung.

Bei der Speicherung von Wasserstoff gibt es eine Reihe komplexer Herausforderungen, und die bevorzugten Speicheroptionen können je nach geografischer Lage stark variieren, von der unterirdischen Speicherung über spezielle Keramiktanks bis hin zu flüssigen Trägermolekülen. „Es gibt spezifische Herausforderungen für Wasserstoff, nur weil es ein viel kleineres, viel reaktiveres Molekül ist. Bei der Speicherung unter der Oberfläche müssen wir seine geochemische Reaktivität sowie die Auswirkungen von Wasserstoff auf die mikrobiellen Gemeinschaften im Untergrund berücksichtigen und prüfen, ob diese Auswirkungen zum Verlust des Wasserstoffbestands führen werden“, erklärt Shadi Salahshoor, leitender technischer Leiter des Wasserstoffbereichs Technologiezentrum bei GTI Energy (Des Plaines, Illinois; www.gti.energy). GTI Energy leitet eine Reihe von Forschungsprojekten mit Schwerpunkt auf der Wasserstoffspeicherung, wobei der Schwerpunkt auf der Bewertung der unterirdischen Speicherung von Wasserstoff in Grundwasserleitern und erschöpften Öl- und Gaslagerstätten liegt. „Ein entscheidender Aspekt bei der unterirdischen Speicherung ist die Kompatibilität von Wasserstoff mit der Bohrlochausrüstung. Es gibt laufende Projekte zur Erforschung der Wasserstoffbeimischung in Pipelines, die eine große Menge an Pipeline- und Bohrlochkopfgeräten erfordern, die mit Wasserstoff kompatibel sein müssen“, sagt Salahsoor. Die Diffusionsfähigkeit von Wasserstoff – ein weiteres Ergebnis seiner geringen Größe – ist ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt, da Wasserstoff möglicherweise durch unterirdische geologische Formationen diffundieren und zu Bestandsverlusten oder Kontaminationen führen kann.

GTI ist Partner des DOE-Projekts [email protected] in Texas, das als „Proto-Hub“ betrachtet werden kann, da es kleiner ist als die vorgeschlagenen regionalen Hubs, aber die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette in einem Projekt umfasst . „Wir haben die Wasserstoffproduktion, -speicherung und -endnutzung vor Ort. Im Wesentlichen haben wir vor Ort einen Elektrolyseur und eine Methanreformierung, die Wasserstoff produziert, der von einer Brennstoffzelle genutzt wird“, sagt Salahshoor. Sie weist darauf hin, dass bei diesem Projekt oberirdische Lagertanks zum Einsatz kommen, bei einem größeren Projekt jedoch eine unterirdische Lagerung aufgrund der für die erforderlichen Lagervolumina erforderlichen Gerätefläche vorzuziehen wäre. „Wenn Sie Tonnen und Tonnen Wasserstoff speichern möchten, benötigen Sie möglicherweise eine große Anzahl von Tanks, was angesichts aller Sicherheits- und Umweltaspekte sehr schwierig zu handhaben sein kann“, fügt sie hinzu.

Bei den vorgeschlagenen großen Wasserstoffprojekten müssen Wasserstoffproduzenten eine etwas andere Denkweise berücksichtigen als bei kleineren Projekten. „Für die Dekarbonisierung der Industrie müssen wir anfangen, über diesen Bedarf an Wasserstoffspeicherung im gleichen Umfang wie Erdgas nachzudenken. Derzeit gibt es nicht viele kommerzielle oder gar Pilotprojekte, aber in den nächsten fünf bis zehn Jahren werden wir mehrere Pilotprojekte sehen, die die Machbarkeit verschiedener Speichermethoden zeigen“, betont Salahshoor.

Derzeit ist eine der wirtschaftlich und technisch machbarsten Methoden zur Langzeitspeicherung von Wasserstoff in großem Maßstab die unterirdische geologische Formation, erklärt Claire Behar, Chief Commercial Officer von Hy Stor Energy LP (Jackson, Mississippi; www.hystorenergy.com). ). Hy Stor leitet den Mississippi Clean Hydrogen Hub, den angeblich größten der vorgeschlagenen Hubs, der darauf abzielt, die beträchtliche Menge an Salzkavernen des Staates für die unterirdische Wasserstoffspeicherung zu nutzen. „Der Hub wird die Produktion, Speicherung und Lieferung von kohlenstofffreiem Wasserstoff vereinen, aber um wirklich eine belastbare Größe zu erreichen, müssen wir uns auf den Aspekt der geologischen Speicherung konzentrieren.“ Mississippi hat wirklich eine Geologie und Geographie, die weltweit ihresgleichen sucht. Nicht viele Standorte verfügen über so viel ungenutzte Salzgeologie“, sagt Behar.

Der Hub wird die Salzkavernenspeicherung mit der elektrolytischen Wasserstoffproduktion koppeln und dabei ausschließlich netzunabhängige erneuerbare Energiequellen nutzen, darunter Solarenergie, Onshore-Windkraft und Geothermie. Für die Wasserstofflieferung wird es eine eigene Wasserstoffpipeline und einen geplanten LKW-Transport sowie einen Transportzugang vom Mississippi und den nahegelegenen Häfen an der Golfküste geben. Darüber hinaus, so Behar, werde der Hafenzugang den Export von grünem Wasserstoff in internationale Märkte ermöglichen. „Wir wollen die derzeitigen Industrien in unserer Region und einen Teil des Seeverkehrs dekarbonisieren und gleichzeitig neue grüne Produktionsunternehmen anziehen“, fügt sie hinzu.

Ein wichtiger Anreiz für neue Parteien, sich dem Hub anzuschließen, ist die Unterstützung bei der Demonstration neuer Technologien für Elektrolyseure und andere kritische Komponenten in der Wasserstoffversorgungskette. „Wir schaffen ein zirkuläres Ökosystem, in dem Startups ihre erneuerbaren Technologien unter Beweis stellen können. Sie können ihre Betriebsstunden und -dauern außerhalb des Labors testen und profitieren von der Anbindung an den Salzkavernenspeicher und einer flexiblen, unterbrechungsfreien Wasserstoffversorgung. Es wird sehr spannend sein, diese neuen erneuerbaren Technologien zum Leben zu erwecken.“

Unabhängig davon, wie Wasserstoff hergestellt wird, muss er so sicher wie möglich gehandhabt werden. Bei unsachgemäßer Handhabung kann es explosiv sein, insbesondere bei den hohen Drücken, die für viele Transport- und Endverwendungsoptionen erforderlich sind. „Auf seinem Weg entlang der Wertschöpfungskette ist Wasserstoff Drücken von bis zu 15.000 psi ausgesetzt und kann, wie viele Kraftstoffe, bei unsachgemäßer Handhabung explosiv sein. Um eine Landschaft zu schaffen, die die Nachfrage effektiv und sicher decken kann, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Unternehmen Technologien identifizieren, die den Wasserstoffbrennstoff von der Produktion bis zum Endverbrauch zuverlässig und effizient steuern können. Dies erfordert Hochdrucklösungen im gesamten Wasserstoffökosystem“, sagt Akilah Doyle, Global Product Marketing Manager bei Emerson (St. Louis, Missouri; www.emerson.com). Während die Komponenten für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff gut demonstriert wurden, erfordern großtechnische Elektrolyseure und Brennstoffzellen einige zusätzliche Sicherheits- und Kontrollüberlegungen. „Damit ein Elektrolyseur effektiv und sicher arbeitet, muss der Fluss von Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff präzise gesteuert werden. Zuverlässige Ventile, Gegendruckregler und eine intelligente speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) können ein hohes Maß an Medienkontrolle bieten“, erklärt Doyle. In einem Elektrolyseur gibt es im Wesentlichen vier Steuerschichten, die zusammenarbeiten, um die für einen sicheren und effizienten Betrieb erforderliche Steuerung bereitzustellen: die Ventile, die den Medienfluss steuern (einschließlich Gegendruckregler und pneumatische Absperrventile); die Betätigungstechnik (u.a. Ventilinseln und Magnet-Pilotventile); die SPS; und das Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)-System. Doyle weist darauf hin, dass einige Ventile im System die Schutzart IP66 benötigen.

Für Brennstoffzellen sind die Anforderungen ähnlich, aber da Wasserstoff das Einsatzmaterial und nicht das Produkt ist, ist die Hochdruckspeicherung von entscheidender Bedeutung, da sie dazu beiträgt, den Kraftstoffverbrauch des Systems zu maximieren. „Aufgrund von Druckbeschränkungen können die Wasserstoffspeichertanks nicht vollständig leergefahren werden, daher ist eine effiziente Kraftstoffzufuhr zum Brennstoffzellenstapel mit minimalen Verlusten von entscheidender Bedeutung. Das System muss in der Lage sein, in einer Reihe von Betriebsmodi – Beschleunigung, Verzögerung, Stoppen und Leerlauf – konsistent zu arbeiten, die alle unterschiedliche Anforderungen an den Wasserstofffluss erfordern. Dieser stabile Systembetrieb wird durch ein Design unterstützt, das eine positive Hochdruck-Kraftstoffabschaltung nutzt und durch den Einsatz eines zuverlässigen Wasserstoffreglers erreicht wird“, sagt Paul Kondratyev, globaler Produktmarketingmanager bei Emerson. Solche Regler minimieren das Risiko von Lecks und können den Lebenszyklus von Brennstoffzellen verlängern, indem sie sicherstellen, dass während des Betriebs eine gleichmäßige Menge Wasserstoff verteilt wird (Abbildung 2).

ABBILDUNG 2. In Wasserstoff-Brennstoffzellen arbeiten mehrere Komponenten zusammen, um den Wasserstoff zu steuern und sicherzustellen, dass der Kraftstoff korrekt verteilt wird, einschließlich Ventilen und Reglern

Obwohl viel über die zunehmenden Produktionskapazitäten für grünen Wasserstoff diskutiert wird, die für zahlreiche bevorstehende Dekarbonisierungsprojekte erforderlich sind, gibt es nicht so viele Diskussionen über den aktuellen Stand des Betriebs von Anlagen für grünen Wasserstoff. Das französische Unternehmen Lhyfe (Paris; www.lhyfe.com), ein „Pure Player“ in der Produktion und dem Vertrieb von grünem und erneuerbarem Wasserstoff, hat im September 2021 eine Produktionsanlage in Bouin, Vendée, Frankreich, in Betrieb genommen, die bis zu 300 kg/min produziert. d an grünem Wasserstoff produziert und wird im Jahr 2024 auf bis zu 1.000 kg/d aufgerüstet (Abbildung 3). „Ein einzigartiger Aspekt dieser Anlage ist, dass sie Meerwasser bezieht, sodass wir kein Wasser aus dem Versorgungsnetz beziehen. Wir bereiten das Meerwasser so auf, dass es mit demineralisiertem Wasser für die Verwendung in Elektrolyseuren vergleichbar ist“, erklärt François Hoche, Branchenmarktmanager bei Lhyfe. Darüber hinaus beziehe die Anlage ihren erneuerbaren Strom direkt aus einem nahegelegenen Windpark, sei also quasi „hinter dem Zähler“, d. h. sie beziehe sich nicht auf das örtliche Stromnetz. Die größten Wasserstoffnutzer des Standorts sind in den Bereichen Mobilität und Logistik angesiedelt. „Einer der Hauptkunden der Anlage ist ein Logistik- und Distributionszentrum der Lebensmittelkette Lidl. In diesem Zentrum haben sie fast 100 Gabelstapler auf den Betrieb mit grünem Wasserstoff umgerüstet“, sagt Hoche. Am Standort von Lhyfe wird der produzierte Wasserstoff komprimiert und für den Transport zu den Nutzern auf Rohranhänger verladen. „Um möglichst viel Wasserstoff zu transportieren, komprimieren wir den Wasserstoff und verfügen über unterschiedlich große Behälter, mit denen der Wasserstoff an die Endkunden verteilt wird. Auf dem Markt, den wir als „Kleinindustrie“ bezeichnen, verbrauchen Benutzer möglicherweise nur ein oder zwei Container pro Woche. Deshalb wechseln wir bei jeder Lieferung den Container und bringen einen vollen zur Baustelle und einen leeren zurück zur Fabrik“, fügt er hinzu.

ABBILDUNG 3. Die Anlage von Lhyfe in Bouin produziert durch Elektrolyse bis zu 1.000 kg/Tag grünen Wasserstoff

Zusätzlich zu fünf im Bau befindlichen Anlagen in Frankreich, Deutschland und Schweden und mehreren anderen angekündigten Projekten in ganz Europa hat Lhyfe auch SeaLhyfe ins Leben gerufen, das im Atlantik vor der Küste Nordwestfrankreichs liegt und angeblich das erste Offshore-Unternehmen der Welt ist Pilotprojekt zur Wasserstoffproduktion (Abbildung 4). „Wenn wir über erneuerbaren Wasserstoff sprechen, muss man sich darüber im Klaren sein, dass es aufgrund der Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen von entscheidender Bedeutung ist, nach der größtmöglichen Intensität erneuerbarer Energien zu suchen, viele Quellen haben jedoch den Nachteil, dass sie intermittierend sind. Deshalb prüfen wir die Offshore-Produktion, um die Energieintensität zu maximieren“, sagt Hoche. Im Juni begann SeaLhyfe mit der Produktion von grünem Offshore-Wasserstoff mithilfe eines 1-MW-Elektrolyseurs, der bis zu 400 kg Wasserstoff pro Tag produzieren kann. Von September 2022 bis Mai 2023 lag das SeaLhyfe-Modul im Hafen von Saint-Nazaire. Während dieser Zeit führte Lhyfe eine Reihe von Start- und Validierungstests durch, um die Systemleistung zu optimieren. Das Unternehmen entwickelte außerdem eine Softwareplattform für die Fernverwaltung der Einheit. Jetzt wurde die SeaLhyfe-Einheit 20 km vor die Küste geschleppt und über ein Versorgungskabel, das speziell für den Einsatz in Wasserstoffanwendungen entwickelt wurde, mit dem Unterwasserknotenpunkt des Standorts verbunden. Nach dem Erfolg von SeaLhyfe hat das Unternehmen als Teil des HOPE-Konsortiums einen Zuschuss in Höhe von 20 Millionen Euro für die Kommerzialisierung einer viel größeren 10-MW-Offshore-Anlage für grünen Wasserstoff erhalten, die eine Produktion von rund 4.000 kg/Tag erreichen kann.

ABBILDUNG 4. Das SeaLhyfe-Projekt soll das weltweit erste Offshore-Pilotprojekt zur Wasserstoffproduktion sein, das seinen Betrieb aufnimmt

Die Ammoniakproduktion ist einer der vielversprechendsten Wege zur industriellen Dekarbonisierung mithilfe von grünem Wasserstoff. Ammoniak ist nicht nur ein dringend benötigtes Rohstoffprodukt für die Herstellung von Düngemitteln und anderen Produkten, es ist auch als Kraftstoff für schwere Transportzwecke und als Energieträger für Wasserstoff selbst vielversprechend. Ein kürzlich angekündigtes Projekt in Dänemark koppelt die Elektrolyse von Wasser zu grünem Wasserstoff mit der Produktion von Ammoniak, alles angetrieben durch erneuerbare Energien, in der sogenannten weltweit ersten dynamischen, grünen „Power-to-Ammonia“-Anlage. „Wir wandeln seit Jahrzehnten Wasserstoff in Ammoniak um, daher wissen wir, wie man damit umgeht und wie man ihn sicher speichert“, sagt Jeppe Bentzen, Business Development Director bei ABB Energy Industries in Dänemark (ABB; Zürich). , Schweiz; www.abb.com) über die Vorteile von grünem Ammoniak. ABB arbeitet mit den Projektpartnern Skovgaard Energy A/S (Lemvig, Dänemark, www.skovgaard.dk), Topsoe A/S (Lyngby, Dänemark; www.topsoe.com) und Vestas (Aarhus, Dänemark; www.vestas.com) zusammen ) über die neue Anlage mit dem Namen Renewable Dynamic Distributed Ammonia Plant (REDDAP), die im Jahr 2024 mit der Produktion beginnen soll und eine voraussichtliche Produktionskapazität von 5.000 Tonnen pro Jahr (mt/Jahr) grünem Ammoniak für Düngemittel und Schiffstreibstoffe hat. Derzeit wird auf dem Gelände gebaut (Abbildung 5).

ABBILDUNG 5. Der Bau der weltweit ersten dynamischen Power-to-Ammoniak-Anlage, die elektrolysebasierten Wasserstoff als Ausgangsstoff nutzen wird, hat begonnen

Ein bemerkenswerter Vorteil dynamischer Power-to-X-Anlagen besteht darin, dass sie ihr Produkt herstellen, wenn die Bedingungen positiv sind – die Sonne scheint und der Wind weht – und sie die Produktion herunterfahren können, wenn die Energiequelle nicht vorhanden ist, aber diese Art von Der Betrieb bringt einige besondere Herausforderungen mit sich. „Das Bahnbrechende an diesem Projekt ist, dass es das erste Power-to-Ammoniak-Projekt ist, das im volldynamischen Modus läuft, also direkt an die eigene Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien gekoppelt ist. Da die Anlage keine Energie aus dem Netz bezieht, wird sie die Grenzen des Betriebsbereichs der Elektrolyseure überschreiten. Aus technologischer Sicht bedeutet dies auch, dass wir ein sehr solides elektrisches Grundgerüst für die Anlage installieren und liefern müssen. Auch das ist eine Herausforderung, bei der wir die Grenzen der Technologie verschieben wollen“, fügt Bentzen hinzu. Derzeit arbeitet ABB an Simulationen zur Bewertung der Widerstandsfähigkeit von Elektrolyseuren und elektrischen Systemen, wobei das Design und die integrierten Steuerungssysteme unter solchen dynamischen Bedingungen detailliert beschrieben werden. Der für das Projekt geplante Standort verfügt über 12 MW an vorhandener Windturbinenleistung und in der Nähe befinden sich auch 50 MW an neu errichteten Solarpaneelen. Nach Angaben von Skovgaard Energy ist dies die erste von mehreren geplanten Power-to-Ammoniak-Anlagen. ■

Mary Page Bailey