Die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Photovoltaik- und Windkraft hat enormes Zukunftspotenzial. Es entwickle sich immer mehr zu einer Kerntechnologie der Energiewende, da es den volatilen Wind- und Solarstrom saisonal speichern, rückverstromen oder zu Kraft- und chemischen Grundstoffen weiterverarbeiten kann. Allein für Deutschland werde bis 2050 eine installierte Wasserelektrolyse-Leistung im dreistelligen Gigawattbereich erwartet, sofern die Bundesregierung ihre Klimaschutzziele erreicht, heißt es am Dienstag vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Die Freiburger Wissenschaftler haben im Auftrag des Verkehrsministeriums gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie und Automatisierung IPA und dem Beratungsunternehmen E4tech einen Fahrplan für die Etablierung der Wasserelektrolyse in Deutschland entwickelt.
In ihrer Studie „Industrialisierung der Wasserelektrolyse in Deutschland: Chancen und Herausforderungen für nachhaltigen Wasserstoff für Verkehr, Strom und Wärme“ zeigen sie auf, wie die industriellen Fertigungskapazitäten in den kommenden Jahren in Deutschland aufgebaut werden könnten. Sie beleuchten auch die Herausforderungen, besonders hinsichtlich der kritischen Komponenten. In der Studie wird der Handlungsbedarf aus verschiedenen Perspektiven diskutiert und Empfehlungen abgeleitet.
Den künftigen Elektrolysebedarf für die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr habe das Fraunhofer ISE mit seinem entwickelten Tool „REMod-D“ ermittelt. Dafür seien sechs Ausbauszenarien betrachtet worden, wobei jeweils die Randbedingung, die CO2-Emissionen um 80 Prozent bis 2050 zu senken ohne großskaligem Import von synthetischen Energieträgern erreicht wird, heißt es weiter. Im Ergebnis habe sich ein Ausbaukorridor zwischen mehr als 100 und weit über 200 Gigawatt installierter Elektrolysekapazität in Deutschland bis zum Mitte des Jahrhunderts ergeben. Bereits ab Mitte der 2020er Jahre müsse die Zubaurate daher ein Gigawatt jährliche Neuinstallationen deutlich übersteigen. Ab 2030 müssten es mehrere Gigawatt Zubau pro Jahr sein.
Die Technologie und die Komponenten sollten dabei keine große Herausforderung sein. „Bereits heute sind die beiden wichtigsten Technologien, die alkalische und die PEM-Elektrolyse, in einem technisch ausgereiften Zustand. Einer großskaligen Nutzung der Elektrolyse steht aus technologischer Sicht nichts im Wege“, erklärte Tom Smolinka, Abteilungsleiter Chemische Energiespeicherung am Fraunhofer ISE. Bei anderen Formen bestehe aber noch Forschungsbedarf. So sei die Hochtemperatur-Elektrolyse noch nicht wettbewerbsfähig. Sie habe aber wegen des geringeren Strombedarfs und der in Deutschland vorhandenen industriellen Abwärme durchaus Potenzial. Bei den Komponenten gebe es eine großindustrielle Produktion bereits in anderen Branchen. „Eine Skalierung der Produktion ist mit einem vergleichsweise geringen Maschinen- und Kapitaleinsatz möglich“, so Steffen Kiemel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IPA. Lieferengpässe bei den Komponenten seien daher nicht zu erwarten.
Die Politik muss allerdings noch handeln. „Der Markthochlauf, der für die weitere Technologieentwicklung und Kostenreduktion der zentrale Hebel ist, muss durch Anpassungen des regulatorischen Rahmens, insbesondere beim Strombezug unterstützt werden, damit Elektrolyseanwendungen wirtschaftlich werden können“, erklärte Franz Lehner, Managing Consultant beim Beratungsunternehmen E4tech. Daher sollte es ein „Marktaktivierungsprogramm Wasserelektrolyse“ geben, dass den Herstellern und Nutzern Planungssicherheit für Investitionen biete.
Mehr zum Thema grüner Wasserstoff können Sie auch in unserer neu erschienenen September-Ausgabe des pv magazine Deutschland lesen.
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Der Link zur Studie
https://www.now-gmbh.de/content/service/3-publikationen/1-nip-wasserstoff-und-brennstoffzellentechnologie/indwede-studie_v04.1.pdf
Man kann viel ausrechnen.
Es ist bekannt, daß in Deutschland im Winterhalbjahr relativ wenig Sonnenenergie zu „ernten“ ist und außerdem in dem Verfahren riesige Energieverluste entstehen. Außerdem kann es nicht sein, daß wir in diesem Land keine Ackerflächen mehr, sondern nur noch riesige „Solarparks“ betreiben. Das soll man bitte dort tun, wo reichlich Sonne ganzjährig vorhanden ist, und dort primär die globalen CO2-Emissionen herunterfahren. Daher schlage ich vor, daß Fraunhofer die massenhaften Photozellen Richtung Äquator installiert, und nicht hier. Der Effekt dürfte ein Mehrfaches sein.
Es sollte dabei aber bitte nicht vergessen werden, das im Moment über 1Mio Hektar Ackerland zur Energiegewinnung mit z.B. Mais bepflanzt ist. diese Ackerflächen sind ökologisch in etwa so wertvoll wie die gleiche Fläche als Parkplatz zubetoniert.
Dagegen geht die Artenvielfalt in einem Solarpark ins Unermessliche. Auf 1Mio Hektar Fläche Solarpark können bei Überdeckung von 50% mit PV Modulen, also einem Paradies für Insekten, Vögel und Kleintiere, ca. 1000TWh an Energie (Strom) geerntet werden. Der Jährliche Strombedarf liegt bei ~650TWh.
Ganz nebenbei liefern diese Fläche natürlich noch von Überdüngung verschontes Nitrat armes Grundwasser und halten bei Starkregenereignissen viel mehr Wasser zurück und lassen dies nicht wie brachliegende Maisanbauflächen als Sturzflut durch Städte rauschen.
So etwas kann man z.B. auch leicht ausrechnen.
Danke!
Unglaublich, habe nachgerechnet. Ist Wahr! Unglaublich!
Der Wirkungsgrad Strom-zu-Strom ist angeblich gar nicht so schlecht. Bei Wikipedia wird sogar 80% behauptet (Artikel „Reversible Brennstoffzelle“, dort weitere Literaturhinweise). Mir erscheint das zu hoch. Schon dass es theoretisch möglich sein soll, wundert mich, praktisch wird es kaum erreichbar sein. Aber die Theorie sagt immerhin, dass ein Vorgang, bei dem die Entropieerhöhung nur gering ist (also z.B. wenig Wärmeerzeugung), auch einen hohen Wirkungsgrad hat. Wenn H2O, H2 und O2 in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden, wird man auch wenig Probleme mit Verschmutzung des Elektrolyten haben – so illusorisch, wie das mit vor 30 Jahren gewonnenen Kenntnissen zunächst erscheint, ist es wohl nicht.
Leider ist PV-Gasgewinnung gegenwärtig noch nicht die Alternative zur Vermaisung der Landschaft, sondern käme erst einmal dazu. Aber wenn man die Anlagen möglichst gleichmäßig laufen lassen und die Speicher klein halten will, wird sowieso mehr Wind- als PV-Strom in Gas gespeichert werden.
Da die Flächeneffizienz mit PV+H2-Erzeugung höher ist als mit Biogasgewinnung, wird man, bei preislicher Konkurrenzfähigkeit, vielleicht die Biogasproduktion zurückfahren können. Dann kann man auf der gleichen Fläche, auf der heute Mais als Energiepflanze angebaut wird, wesentlich mehr H2 (energieäquivalent) erzeugen. Von preislicher Konkurrenzfähigkeit sind wir aber noch weit weg. Die Zeit ist aber reif, die Forschungsergebnisse zur H2-Erzeugung in großtechnischen Maßstab zu übertragen, um das Preissenkungspotential der verschiedenen, konkurrierenden Techniken zu ermitteln.
@ Hr. Hoffmann:
„Es ist bekannt, daß in Deutschland im Winterhalbjahr relativ wenig Sonnenenergie zu „ernten“ ist“
–> Es geht auch um Windenergie, nicht nur Solarenergie. Die ist im Winterhalbjahr eher stärker.
„und außerdem in dem Verfahren riesige Energieverluste entstehen“.
–> Riesig ist relativ. 100 % Strom zu H2 ist der Wirkungsgrad ca. 75-80 %. Zu Methan zwischen 60 und 65 %.
Wenn man diese Gase dann wieder zur Wärmegewinnung verbrennt, wären dass dann die Wirkungsgrade (da Verbrwenung näherungsweise zu 100 % angesetzt wird). Eine direkt Nutzung des EE-Stroms ist natürlich sinnvoller, aber eben nicht immer möglich.
Wenn man den H2 dazu nimmt, ein BZ-Auto anzuteiben (Wirkungsgrad 50 %) dann kommen wir in der gesamten Kette (Strom zu Reifen) eher auf Gesamtwirkungsgrade von rund 30-35 %. Im Verleich: Der Wirkunngsgrad Ihres Verbrennerautos liegt bei < 20 %, zumindest aber Ich verstehe dieses Argument nicht. Solar PV Ackerflächen werden seit 2014 nicht mehr gefördert, es werden in D (leider) kaum mehr Ackerflächen mehr bebaut.
Das Bundesumweltamt spricht in Deutschland von 51 % Ackerflächen, und rund 13 % Verkehrs- und Siedlungsfläche. Und wissen Sie, wie viel Fläche wir für die von hr. Quaschning geforderten 400 GWp Solar PV benötigen? Ca. 4.000 km2, was dann 1,1 % der Gesamtfläche Deutschlands betrüge. Und, nein, keine SOrge, ein Großteil dieser 1,1 % ist bereits in den 13 % Siedlungs- und Verkehrsfläche enthalten, da durchaus weit mehr als die Hälfte der Solar PV auf Gebäuden installiert wird. Radwege kommen zukünftig ebenso hinzu wie weitere Verkehrsflächen.
„Das soll man bitte dort tun, wo reichlich Sonne ganzjährig vorhanden ist, und dort primär die globalen CO2-Emissionen herunterfahren“.
–> Mit dieser Argumentation ist bereits Desertec krachend gescheitert, die ebendies vorhatten. Warum? Weil der Priesverfall der Solar PV Module ebenso wie die hohen Trasnportkosten nach Europa unterschätzt wurden. Inzwischen ist die SOlar PV neben Wind die günstigste Stromquelle bei Neubau eines Kraftwerks in Deutschland, trotz der hier eher mittelmäßigen Sonneneinstrahlwerte. Übrigens teilweise günstiger als in anderen Ländern im SOnnengürtel der Erde. Warum? Weil die Kosten im wettbewerbsintensiven Deutschland eben auf einem Minimum sind und es hier eine entwickelte und einigermaßen funktionierende Solarbranche gibt.
„Daher schlage ich vor, daß Fraunhofer die massenhaften Photozellen Richtung Äquator installiert, und nicht hier. Der Effekt dürfte ein Mehrfaches sein“.
–> Ist er nicht (siehe oben). Wobei ich dagegen definitiv nichts hätte, so könnten die Länder im Sonnengürtel aufhören, ihr komplettes Bruttoinlandsprodukt für den Import von fossilen brennstoffen auszugeben. Die Verwendung von Solarstrom erfolgt am besten lokal und dezentral!
Grünstrom in Wasserstroff und Biogas umzuwandeln ist, ist die bisher einfältigste Energie-Speicher Idee. Die Kosten und Energieverluste sind derart hoch, dass dieses Verfahren als Energievernichtung, an Stelle von Energieeffizienz, eingestuft werden muss.
Agrarland für Stromtrassen, Photovoltaik- und/oder Windkraftanlagen zu nutzen ist nicht die Lösung. Besser sind Dachsolar, Carports und vertikale Windturbinen auf Industriegelände und –brachen. Wasserkraft aus Gezeiten erzeugt ohne Unterbrechung 8760 Stunden Jahr Strom, z.B Stelle von Offshore-Wind und Verspargelung der Landschaften, ist intelligente Stromerzeugung. BESS Kraftwerke, um Grünstrom und Verbrauch dezentralisiert, zu bilanzieren, einhergehend mit der Erstellung von Microgrids, ist die beste Lösung die Netze zu stabilisieren, bei gleichzeitiger Kostenentlastung der Verbraucher.
Allein dieses Gesamtpaket, ohne Subventionen, bringt die Energiewende richtig voran.
Der Kommentar zeugt leider von völliger Unkenntnis des Energiebedarfs und den Erträgen der verschiedenen Technologien.Wo kann man in Deutschland Gezeitenkraftwerke installieren? – im Nationalpark Wattenmeer nicht. Wie viele Dächer und Carports braucht man, um die zur Deckung unseres Energiebedarfs nötigen Mengen zu erzeugen? Kleines Rechenexempel ohne Taschenrechner: Bedarf nur Strom ohne Mobilität und Wärme: z.B. 400 TWh am Ende einer Effizienz-Revolution (derzeit ca. 550 TWh), davon nur 50 % PV = 200 TWh entspr. 200 GW installierte Leistung, bei 5 kW pro Dach oder Carport ergibt sich eine Anzahl von 40 Millionen Dächern…) Die Windgeschwindigkeit geht in den Ertrag einer Windenergieanlage in der dritten Potenz ein. Angenommen wir bauen (nur als Exoten am Markt verfügbare) Vertikalachsen-Turbinen mit 50 kW und 1000 Volllaststunden in Industriegebiete und -brachen (wo gibt es die?): selbes Spiel: 50 % des Strombedarfs aus Wind: 200 TWh : 50MWh = 4 Millionen Anlagen – na dann viel Spaß bei der Standort-Suche… Dass wir zur vollständigen Dekarbonisierung gemäß des völkerrechtlich verbindlichen Vertrags von Paris auch unsere Mobilität und die komplette Wärmeerzeugung auch in der Industrie CO2 neutral gestalten müssen und diese beiden Bereiche JEWEILS annähernd das Doppelte des Stromverbrauchs verschlingen ist offensichtlich auch nicht bewusst.
In Teilen bin ich bei Ihnen.
Aber nicht bei Ihrer pauschalen Verurteilung zwecks Energieverschwendung. Der Artikel sagt ganz klar folgendes:
(…) da es den volatilen Wind- und Solarstrom saisonal speichern, rückverstromen oder zu Kraft- und chemischen Grundstoffen weiterverarbeiten kann (…)
Es geht also nicht nur um Speicherung von EE-Strom, sondern vor allem auch um die Kraftstoffversorgung und chemische Grundstoffe.
Die Wirkungsgrade sind:
100 % Strom zu H2 ist der Wirkungsgrad ca. 75-80 %. Zu Methan zwischen 60 und 65 %. Wenn man diese Gase dann wieder zur Wärmegewinnung verbrennt, wären dass dann die Wirkungsgrade (da Verbrwenung näherungsweise zu 100 % angesetzt wird). Eine direkt Nutzung des EE-Stroms ist natürlich sinnvoller, aber eben nicht immer möglich.
Wenn man den H2 dazu nimmt, ein BZ-Auto anzutreiben (Wirkungsgrad 50 %) dann kommen wir in der gesamten Kette (EE_Strom zu Reifen) eher auf Gesamtwirkungsgrade von rund / gut 30 %. Im Verleich: Der Wirkunngsgrad Ihres Verbrennerautos liegt bei < 20 %, zumindest aber < 25 %. So schlecht ist dass doch dann gar nicht im Vergleich.
Mit Batterieelektrischen Antrieben könnte man aber (ohne Zwischenschritt über das Gas) Wirkungsgrade von teilweise 80 % und mehr erreichen (Strom in Batterie 90 %, Batterie zum Rad ebenfalls 90 %) und das ist konservativ gerechnet. Allerdings müsste man ggf. in anderer Batterie zwischenspeichern, dann liegt man aber imme rnoch bei über 72 % (90 % Wirkunsgrad). Aber die Mengen könnten hier ein problem sein.
Ich verstehe auch Ihre Argumentation zu Agrarland nicht. Erstens wird dieses bei Wind und Stromnetzen nicht versiegelt und kann nahezu uneingeschränkt genutzt werden, bei der Solar PV geht es nur um temporäre und reversible Teil-versiegelung.Neue Konzepte wie Agro-Photovoltaik (beides In Kombination) sind in erprobung mit sehr guten Resultaten. Außerdem werden Solar PV Ackerflächen werden seit 2014 nicht mehr gefördert, es werden in D (leider) kaum mehr Ackerflächen mehr bebaut.
Das Bundesumweltamt spricht in Deutschland von 51 % Ackerflächen, und rund 13 % Verkehrs- und Siedlungsfläche. Und wissen Sie, wie viel Fläche wir für die von hr. Quaschning geforderten 400 GWp Solar PV benötigen? Ca. 4.000 km2, was dann 1,1 % der Gesamtfläche Deutschlands betrüge. Und, nein, keine Sorge, ein Großteil dieser 1,1 % ist bereits in den 13 % Siedlungs- und Verkehrsfläche enthalten, da durchaus weit mehr als die Hälfte der Solar PV auf Gebäuden installiert wird. Radwege kommen zukünftig ebenso hinzu wie weitere Verkehrsflächen.
Die Verwendung von Solarstrom erfolgt am besten lokal, direkt und dezentral!
… ein System aus erneuerbarem Strom und Wasserstoff hat 80 % Effizienz. Dies kann man hier leicht nachvollziehen:
https://enertrag.org/eta/wasserstoffenergiesystem/
Hallo Herr Müller. Wir haben mal in Potsdam nach der Demo über das Gleichstromhaus gesprochen. Sind Sie weitergekommen? Ich habe in der vergangenen Zeit eine Tochter bekommen und ein Batteriemanagement-System für LiFePo4-Zellen entwickelt, das auch bis 600 Volt funktioniert. Spezialität: keine Software!
Prototyp 600 Volt 42 kWh arbeitet seit November 2014 ohne Probleme.
Danke für Ihre Langzeitspeicher-Aktivitäten! Klasse Firma!