Angesichts der Energiekrise erlebt der Markt für alternative Energiekonzepte und Energiespeicher eine starke Wachstumskurve. Laut Bundesverband für Energiespeichersysteme BVES wuchs die Speicherbranche mit 8,9 Mrd. Euro Umsatz im Jahr 2021 um mehr als 25 Prozent. Nach einem Boom im Heimspeichermarkt werden durch die Energiekrise nun auch Marktsegmente aktiv, die bisher bei der Umstellung ihrer etablierten Prozesse zur Energieversorgung eher zurückhaltend waren. Hohe Energiepreisschwankungen, die Verpflichtung zur Dekarbonisierung sowie das Streben nach Versorgungssicherheit haben die Nachfrage nach nachhaltigen, emissionsfreien Energie- und Mobilitätskonzepten auch bei den Kommunen und Gemeinden verstärkt. Erneuerbare Energiequellen gekoppelt mit grünem Wasserstoff können die Importabhängigkeiten, insbesondere von Öl und Gas, deutlich reduzieren. H-TEC SYSTEMS, Experte für grünen Wasserstoff, zeigt auf, in welchen Anwendungsfeldern sich der Einsatz solcher Energiekonzepte besonders lohnt.
Würde die im Rahmen der Energiewende aus erneuerbaren Ressourcen wie Wind oder Solar gewonnene Energie direkt nach der Erzeugung in das Stromnetz eingespeist werden, käme es zu erheblichen Schwankungen im Energieversorgungsnetz. Damit der umweltfreundliche Strom vollständig und ohne Verluste genutzt werden kann, muss er gespeichert werden. Neben Batteriespeichern gewinnen auch Speicher-Technologien wie grüner Wasserstoff an Bedeutung. Im Gegensatz zu Batterien eignet sich Wasserstoff als Energiespeicher über längere Zeiträume, da kaum Energie verloren geht. Andere Ansätze, wie das Speichern von Energie in Wasserspeichern oder als Wärme im Boden, können einen wertvollen Beitrag zur Wärmeversorgung im Winter leisten, eignen sich aber nicht für das Speichern von Strom.
Grüner Wasserstoff für die regionale Energieversorgung
Ideale Anwendungsbereiche der Energiespeicherung und Sektorenkopplung mithilfe von grünem Wasserstoff zeigen sich für Energieversorger und Infrastrukturunternehmen. Erneuerbare Energie und Wasser werden via Elektrolyse in grünen Wasserstoff umgewandelt. Dieser lässt sich komfortabel und über einen langen Zeitraum im Erdgasnetz oder in Tanks speichern. Damit kann er helfen, Nachfrage- und Angebotsspitzen, wie sie etwa durch die Erzeugung erneuerbarer Energien oder unterschiedliche Nachfragemuster entstehen, auszugleichen. Zunehmend erkennen Gemeinden und Kommunen das hohe Risiko weiterer Preissteigerungen und Lieferengpässe für fossile Energieträger wie Öl und Gas und investieren in lokale Projekte zur Nutzung erneuerbarer Energien. Wichtige Vorteile durch den Einsatz von grünem Wasserstoff sind:
Backup-Speicher bei Energieengpässen: Im Falle von Energieengpässen, kann durch das Speichern von Energie die Abhängigkeit von Energiezulieferern verringert werden. Strom, der in Form von Wasserstoff gespeichert ist, kann bei Bedarf vor Ort abgerufen und im Netz zur Verfügung gestellt werden. In Projekten, wie dem emsländischen Förderprojekt „Grüner H2-Hub Haren“, trägt dies beispielsweise zur besseren Eigenversorgungsrate aus erneuerbaren Energien bei.
Demand-Peak Shaving: Gerade im kommunalen Bereich ist das Risiko von Nachfragespitzen, z.B. erhöhter Energiebedarf für Heizung im Winter ein wichtiger Faktor für Planung und Wirtschaftlichkeit. Beispielsweise steht Sonnen- oder Windenergie im Winter und Sommer nicht im selben Maße zur Verfügung.
Preis- und Planungssicherheit: Im aktuellen Kontext stark steigender oder schwankender Energiepreise kann die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Ressourcen Gemeinden und Kommunen zu mehr Planungssicherheit verhelfen. Zudem können Preisschwankungen beim Bezug von Strom besser ausgeglichen werden – Stichwort Price-Peak Shaving. Ein wichtiges Argument für die Verantwortlichen sind auch die Betriebskosten (Opex). Hierbei ist es für die Entscheider wichtig, dass Wartungs- und Energiekosten genau berechnet werden können. Bei Konzepten auf Basis erneuerbarer Energieproduktion und grünem Wasserstoff kann stichhaltig ermittelt werden, wie viel das Gas voraussichtlich in den nächsten Jahren kosten wird.
Besonders vorteilhaft beim Aufbau einer Energieversorgung bzw. einer stabilen Energieinfrastruktur, die grünen Wasserstoff als Speichermedium einbindet, sind "Plug-and-Play"-Systeme für PEM-Elektrolyseure im schlüsselfertigen Design, die ohne beträchtliche Infrastrukturarbeiten eingesetzt werden können. Moderne PEM-Elektrolyseure für die Erzeugung von grünem Wasserstoff in der Größenordnung von 1 Megawatt oder mehr gibt es in standardmäßigen 40'-Containern. Diese Elektrolyseure basieren auf einer etablierten PEM-Stack-Technologie, die seit 2017 auf dem Markt ist.
Nachhaltige Mobilitätskonzepte
Neben diesen Vorteilen kann der grüne Wasserstoff zudem auch für Mobilitätsanwendungen verwendet werden. Ein 1-MW-System kann den nötigen Wasserstoff für die Betankung von 10 Brennstoffzellenbussen pro Tag liefern – beispielsweise für kommunale öffentliche Verkehrsbetriebe. Ähnlich wie fossile Brennstoffe, ist Wasserstoff leicht zu transportieren, lässt sich im Gegensatz zu elektrischem Strom auch in großen Mengen speichern und ist direkt für Brennstoffzellen nutzbar. Das eröffnet mithilfe von sogenannten Power-to-X Verfahren neue Anwendungsbereiche für die Gewinnung von emissionsfreien und klimaverträglichen Kraftstoffen. Diese lassen sich hervorragend für kommunale Mobilitätskonzepte einsetzen – beispielsweise für den öffentlichen Regional- und Nahverkehr, für Fahrzeuge der Müllabfuhr, der Straßenreinigung oder für den Fuhrpark der Stadt. So nutzt HY.City.Bremerhaven grünen Wasserstoff im Rahmen des Wasserstoffverbundprojekts „Hyways for Future“, das sich über die Metropolregion Nord-West von Oldenburg bis nach Cuxhaven erstreckt, für eine nachhaltige regionale Mobilität.
Hierbei ist es wichtig darauf zu achten, dass der produzierte Wasserstoff einen möglichst hohen Reinheitsgrad der sogenannten Qualität 5.0 aufweist, sodass er für Brennstoffzellen von Fahrzeugen nutzbar ist.
Neben den offensichtlichen Vorteilen wie Energieverfügbarkeit und Kostenstabilität von Zukunftsinvestitionen, trägt grüner Wasserstoff auch zu Nachhaltigkeits- und Dekarbonisierungszielen, unter anderem auch im Rahmen des ESG-Reporting-Gesetzes, bei. Das zeigt sich im Verkehrssektor besonders deutlich.
Vorteile für private Energiesysteme der regionalen Nutzer
Beim Elektrolyseprozess entsteht nicht nur Wasserstoff, sondern als Nebenprodukt mit ca. 60°C auch Wärme – wertvolle Energie, die ins Nahwärmenetz eingespeist, oder direkt zum Beheizen von naheliegenden Wohn- und Geschäftsräumen in den Kommunen genutzt werden kann. Der Systemwirkungsgrad bei PEM-Elektrolyseuren kann bei zusätzlicher Wärmenutzung auf bis zu 90% ansteigen. Das zeigen Projekte wie das Wasserstoffverbundnetz „eFarm“ in Nordfriesland.
Zukünftig wird Wasserstoff auch für kleinere Produktionsbetriebe und sogar für Wohngebiete eine Rolle spielen, da sich u.a. das vorhandene Gasnetz für den Transport des Wasserstoffs zu den Haushalten nutzen lässt. Beim Windgas-Projekt Haurup werden beispielsweise jährlich bis zu 3 Millionen Kilowattstunden grüner Wasserstoff aus überschüssigem Windstrom in das Erdgasnetz eingespeist.
Eine weitere Möglichkeit, den grünen Wasserstoff im Rahmen des Erdgasnetzes zu nutzen, ist durch Methanisierung und anschließende Einspeisung ins Gasnetz. Bei einem Projekt in der Steiermark produziert ein H-TEC SYSTEMS ME450 Elektrolyseur bis zu 450 kg grünen Wasserstoff pro Tag. Durch Power-to-X wird grünes Methan hergestellt, das täglich ins Netz eingespeist werden kann. Damit können rund 200 Haushalte pro Tag mit Heizung und Warmwasser versorgt werden.
„Als Pionier der PEM-Elektrolyse-Technologie sehen wir immer mehr Praxisanwendungen, die zeigen, wie grüner Wasserstoff zur Beschleunigung der Energiewende beitragen kann,“ erklärt Alexander Detke, Team Lead Sales ME bei H-TEC-SYSTEMS. „Kernelemente sind die effiziente Umwandlung von fluktuierender erneuerbarer Energie, sowie die Autarkie durch Wasserstoffproduktion und -speicherung vor Ort. Wir haben unsere Systeme wie den PEM-Elektrolyseur ME450 speziell auf Kunden ausgerichtet, die einen schnellen und einfachen Einstieg in die aufstrebende Wasserstoffwirtschaft suchen. Eine Wasserstoffreinheit von 99,999% für eine direkte Verwendung des Wasserstoffs in Mobilitäts- aber auch Industrieprojekten, die hohe Anlagenverfügbarkeit sowie unsere regionalen Service Teams stellen niedrige Kosten für jedes produzierte Kilogramm Wasserstoff sicher und helfen den Kommunen, den größtmöglichen Nutzen aus den Projekten zu erzielen.“
