Grüner Wasserstoff aus Offshore-Wind

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100 Millionen für Leitprojekt H2Mare

Im Leitprojekt H2Mare forschen vier Hereon-Institute an der Erzeugung von grünem Wasserstoff und Folgeprodukten zur Speicherung auf hoher See. H2Mare ist laut einer Medienmitteilung des Helmholtz-Zentrums Hereon vom 26.08.2022 eines von drei Wasserstoff-Leitprojekten (H2Mare, TransHyDE, H2Giga), die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt bis zu 740 Millionen Euro gefördert werden. Eine BMBF-Zusage über 100 Mio. (siehe: solarify.eu/h2mare-bekommt-mehr-als-100-mio-vom-bmbf) hatte das MPI für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg bereits am 28.09.2021 erhalten und pubilziert.

Offshore-Windpark Riffgat (nordwestlich v. Borkum), li. Umspannplattform – Foto © Impériale – Eig. Werk, CC BY-SA 4.0, commons.wikimedia.org

Bei H2Mare wird innerhalb von vier Jahren gemeinsam mit rund 32 Partnern aus Wissenschaft und Industrie die Erzeugung von grünem Wasserstoff und Folgeprodukten mit Offshore-Windkraft untersucht. Mit vier seiner Institute unterstützt das Helmholtz-Zentrum Hereon die Technologieentwicklung für eine nachhaltige und umweltfreundliche Energieproduktion.

Um bis 2045 Treibhausgasneutralität zu erreichen, muss Deutschland seinen CO2-Fußabdruck drastisch reduzieren. Die Produktion von grünem Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien kann dazu einen wesentlichen Beitrag leisten. Der flexible Energieträger und von ihm abgeleitete Produkte wie Ammoniak, Methanol und synthetische Kraftstoffe (PtX) können erzeugte überschüssige Energie speichern. Sie können etwa in der Industrie oder im Mobilitätssektor genutzt werden und somit fossile Brennstoffe ersetzen.

Für die Herstellung von grünem Wasserstoff weisen Offshore-Windparks ein großes Potenzial auf, denn auf dem Meer stehen große Flächen mit beständigerem Wind zur Verfügung und es gibt weniger Konflikte um die Nutzung als an Land. Um dieses Potenzial zukünftig zu nutzen, wird in H2Mare die direkte Produktion von Wasserstoff und anderen PtX-Produkten in maritimer Umgebung erforscht. Dies bietet auch die Chance, die Herausforderung der Netzanbindung zu umgehen und die fluktuierende Erneuerbare Energie speicherbar und transportfähig zu machen und damit die Stromnetze dauerhaft zu entlasten. Das Hereon ist an zwei Verbundprojekten von H2Mare beteiligt: Das Projekt „PtX-Wind“ entwickelt und testet Möglichkeiten einer Plattform im offenen Meer, auf der aus Offshore-Windenergie direkt Wasserstoff und PtX-Produkte hergestellt werden. Das zweite Verbundprojekt mit Hereon-Beteiligung heißt „TransferWind“ und widmet sich der Umsetzung der entwickelten Technologien und dem Wissensaustausch zwischen Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.

Die Offshore-Produktion von Wasserstoff und anderen PtX-Produkten gilt als eine der Zukunftstechnologien für die Energiewende und kann zudem die Abhängigkeit von Energieimporten verringern. Doch es gibt noch viele offene Fragen und Herausforderungen. Diese beziehen sich unter anderem auf die Umweltauswirkungen, den Betrieb und die Nachhaltigkeit der Plattform, Kosten und Wirtschaftlichkeit sowie die gesellschaftliche Akzeptanz. Vier verschiedene Hereon-Institute tragen dazu bei, diese Fragen im Laufe des Projekts zu beantworten:

  1. das Institut für Membranforschung,
  2. das Institut für Umweltchemie des Küstenraumes,
  3. das Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung und das
  4. Climate Service Center Germany (GERICS).

Vier Institute – viele Aufgaben

Das Institut für Membranforschung stellt sich der Herausforderung, langzeitstabile Membranen zur Meerwasseraufbereitung für Elektrolyseverfahren herzustellen. Das sogenannte Fouling auf der Membranoberfläche muss minimiert werden. Das bedeutet, die Membranen chemisch so zu modifizieren, dass die Bildung eines Biofilms reduziert wird. Abteilungsleiter Volkan Filiz: „Wir werden für diesen Prozess Membranen mit verbesserten Eigenschaften entwickeln, um das Meerwasser für die verschiedenen Prozesse aufzubereiten.“

Das Institut für Umweltchemie des Küstenraumes bringt vor allem chemisch-analytische Erfahrung zur Untersuchung von Schadstoffen in marinen Umweltproben ein. Das hilft, mögliche Emissionen der Offshore-Plattformen wie (Schwer-)Metalle oder organische Schadstoffe frühzeitig zu benennen und folglich Emissionen weiter zu verringern. Abteilungsleiter Daniel Pröfrock: „Emissionen können etwa aus Abwasserreinigungsanlagen, Seekühlwassersystemen, Brandschutzsystemen, Öleinleitungen, vermehrtem Schiffsverkehr oder durch die notwendigen Korrosionsschutzmaßnahmen der Bauwerke entstehen.“

Das Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung untersucht die Wetter- und Umweltbedingungen, um auf dieser Grundlage Sicherheitskonzepte zu erarbeiten. Küstenforscherin Beate Geyer: „Dafür erstellen wir Daten, die eine Beurteilung der Gefährdung der Plattformen und des Abtransportes der PtX-Produkte ermöglichen. Diese Daten umfassen die Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen sowie den Seegang und Strömungsverhältnisse“.

Das GERICS beschäftigt sich mit der Frage, welchen möglichen Einfluss die Herstellung von Wasserstoff und anderen PtX-Produkten auf dem Meer auf die regionale Bevölkerung und andere Interessensgruppen, wie etwa Fischerei, Naturschutz oder Tourismus hat. Damit verbunden untersuchen die Forschenden auch die Akzeptanz für eine Offshore PtX-Plattform. Abteilungsleiter Paul Bowyer: „Wir setzen auf den Dialog mit den Beteiligten. Das erlaubt, die verschiedenen Positionen offenzulegen und sie gemeinsam mit Projektpartnern zu diskutieren.“

Große Herausforderungen, große Ziele

Die Ziele, die H2Mare verfolgt, sind Voraussetzungen zu schaffen, um klimaneutrale und leicht transportierbare Energieträger offshore zu produzieren, ins Gespräch zu kommen mit den Akteuren vor Ort, Insellösungen zu erarbeiten, damit der Anschluss an das Stromnetz auf See entfallen kann. Außerdem sollen die Erfahrungen, die in die Entwicklung einer serienreifen PtX-Produktionsplattform einfließen, auch Anwendungen in anderen Ländern und Kontexten finden. Daher wird das Projekt nicht nur den Aufbau der deutschen Wasserstoffwirtschaft unterstützen, sondern bietet auch das Potenzial, einen globalen Beitrag zur Reduktion des CO2-Fußabdruckes zu liefern.

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