Elektrolyse ahoi

13. August 2020

Wasserstoff soll Schiffe oder Lastwagen umwelt­freundlicher antreiben und in der Stahl- und Chemie­industrie Kohle und Erdöl ersetzen. Mit der im Juni verabschiedeten Nationalen Wasser­stoff­strategie will die Bundes­regierung die globale Führungs­rolle bei Wasser­stoff­technologien sichern und die industrielle Produktion auf den Weg bringen. Tatsächlich könnte das leichteste Element unseres Universums künftig auch auf dem Meer produziert werden.

Auf den ersten Blick erinnert das riesige Gebilde an eine gewöhnliche Bohr­insel. Doch statt Öl oder Erdgas aus dem Meeres­grund zu pumpen, produziert die 50 Meter hohe Plattform „grünen“ Wasser­stoff. Auf bis zu zehn Stockwerken stapeln sich Transformatoren und Elektrolyseure, die von Meer­wasser­entsalzungs­anlagen mit Süßwasser versorgt werden. Dieses Wasser wird in den Elektrolyse­geräten in Sauerstoff und Wasser­stoff aufgespalten. Der dazu nötige Strom stammt aus Windrädern, die um die Anlage herum aus dem Meer in die Höhe wachsen. Pipelines oder Tankschiffe bringen den Wasserstoff dann an Land, wo er Verkehr und Industrie umwelt­freundlicher machen soll – so sieht es zumindest das Konzept vor, das das hessische Ingenieur­unternehmen Tractebel Ende 2019 erstmals vor­gestellt hat.

Zwar wären der Bau und der Betrieb von Elektrolyseuren auf See aufwendiger und teurer als auf festem Erdboden. Dennoch hätte die direkte Umwandlung von Windstrom in Wasser­stoff aus Sicht der Ingenieure mehrere Vorteile: Grünstrom und Wasserstoff würden genau dort produziert, wo der Wind besonders stark und beständig weht. Die Umwandlung vor Ort könnte zudem die Strom­netze entlasten und vor allem auch die Kosten für die Netz­anbindung von Offshore­wind­parks senken, die bis zu 26 Prozent der Strom­gestehungs­kosten von Offshore­wind­energie ausmachen. „Die Mehrkosten einer Elektrolyse­plattform auf See werden durch die vermiedenen Investitions­kosten für die Strom­netz­anbindung mehr als ausgeglichen“, zeigt sich Tractebel-Ingenieur Felix Knicker gegen­über Spiegel Online überzeugt. Und je weiter die Windparks vom Festland entfernt sind, desto besser sei die Bilanz der Elektrolyse auf See.

Bislang existiert die Wasserstoff­platt­form nur auf dem Papier. Doch laut Tractebel haben bereits mehrere Firmen Interesse an dem Konzept bekundet. In den Niederlanden ist man schon einen Schritt weiter: Rund 13 Kilo­meter vor Scheveningen will ein Verbund von Unternehmen der Öl- und Gasindustrie gemeinsam mit dem Forschungs­institut TNO noch in diesem Jahr eine Pilot­anlage auf einer ehemaligen Ölbohr­plattform installieren. Geplant ist ein Elektrolyseur mit einer Leistung von einem Megawatt, der dann 2021 in Betrieb gehen soll. Von einer Wasser­stoff­produktion in industrieller Größen­ordnung ist das noch weit entfernt. Doch mit dem Projekt sollen erst einmal Erfahrungen gesammelt werden. Ist der Test erfolg­reich, könnten künftig zahl­reiche in die Jahre gekommene oder bereits ausgemusterte Ölbohr­plattformen einer neuen und grünen Nutzung zugeführt werden. Ein kostspieliger Abriss der Plattformen würde sich damit ebenso erübrigen wie die teure Installation von Strom­kabeln, so die Idee der Initiatoren. Denn Bohrinseln sind schließlich ohnehin über Pipelines mit dem Festland verbunden, über die der Wasserstoff direkt zu den Verbrauchern transportiert werden könnte.

Die ambitioniertesten Pläne für Wasserstoff auf See werden momentan in Dänemark geschmiedet. Bis 2030 wollen die Skandinavier ihren CO2-Ausstoß im Vergleich zu 1990 um ganze 70 Prozent reduzieren. Eine Schlüssel­rolle sollen dabei sogenannte Energie­inseln spielen, die die Dänen bis zum Ende des Jahr­zehnts vor ihren Küsten errichten wollen. Um diese Inseln herum sind Windräder geplant, auf den Inseln selbst Elektrolyseure und Power-to-X-Anlagen, in denen sich der Wasser­stoff weiter in synthetische Treib­stoffe umwandeln lässt.

Eine dieser Energieinseln ist als künstliches Eiland in der Nordsee angedacht – mit einer Wind­kraft­kapazität von zwei Gigawatt, die später auf mindestens zehn Gigawatt aufgestockt werden soll. Die zweite Energie­insel in der Ostsee ist dagegen natürlichen Ursprungs und daher auch bereits existent: Bornholm wird nach den Plänen der dänischen Regierung zum Energie­knoten­punkt ausgebaut, dessen Wind­kraft­kapazität ebenfalls um zwei Gigawatt wachsen soll.

Mit den Zwei-Gigawatt-Inseln würde Dänemark seine Wind­energie­kapazitäten auf See von momentan rund 1.700 Megawatt mehr als verdreifachen – mehr als genug, um alle heimischen Haushalte mit Energie zu versorgen. Der erzeugte Strom soll daher nicht nur direkt genutzt oder in grünen Wasser­stoff umgewandelt, sondern auch in andere EU-Staaten exportiert werden. Für Bornholm ist zunächst eine Über­tragungs­leitung nach Polen geplant. Die künstliche Energie­insel „VindØ“ in der Nordsee soll mit dem Netz der Niederlande verkabelt werden.

Tatsächlich nimmt das Zukunftsprojekt bereits konkretere Formen an: Im Mai gaben zwei dänische Pensions­fonds und der heimische Energie­versorger SEAS-NVE bekannt, zunächst umgerechnet rund 54 Millionen Euro in die Entwicklung von „VindØ“ zu stecken. Die Insel soll etwa hundert Kilometer vor der Küste auf Beton­schwimm­körpern entstehen. Das Projekt sei zwar groß und anspruchs­voll, könne jedoch mit vorhandenen Technologien und weitest­gehend ohne staatliche Finanz­spritzen realisiert werden, zeigte sich das Konsortium über­zeugt.

Auch in Deutschland werden die Weichen auf Wasserstoff gestellt. Mit der im Juni 2020 beschlossenen Nationalen Wasser­stoff­strategie will die Bundes­regierung das CO2-freie Gas als „Energie­träger der Zukunft“ etablieren. Insgesamt sieben Milliarden Euro sollen in die Forschungs­förderung und den Aufbau von Produktions­anlagen und Tank­infra­struktur fließen. Elektrolyseure auf hoher See sind dabei zunächst nicht geplant – wohl aber an der Waterkant in unmittelbarer Nähe zu Offshore­wind­parks. Als erstes „Real­labor“ für Wasser­stoff­technologien hat das Projekt „Westküste 100“ im August vom Bundes­wirtschafts­ministerium eine Zusage über 30 Millionen Euro Fördergeld erhalten.

Im schleswig-holsteinischen Dithmarschen wollen die Raffinerie Heide, Thyssenkrupp, der Gasnetz­betreiber OGE, der dänische Strom­erzeuger Ørsted und weitere Partner mit Windstrom vom Meer grünen Wasser­stoff erzeugen. Das 90-Millionen-Euro-Projekt könne dazu beitragen, Deutschland die Technologie­führerschaft beim Thema Wasserstoff zu sichern, so Bundes­wirtschafts­minister Peter Altmaier.

Stück für Stück soll in Dithmarschen eine regionale Wasser­stoff­wirtschaft in industrieller Größen­ordnung aufgebaut werden. In einem ersten Schritt planen die Projekt­partner Elektrolyseure mit einer Gesamt­leistung von 30 Megawatt. Der dort produzierte Wasser­stoff soll ins Gasnetz gespeist, in Kavernen gespeichert und für die Herstellung von klima­freundlicherem Flugkerosin verwendet werden.

Anders als die dänischen Energieinseln werden die Anlagen in dieser fünf­jährigen Phase nicht unmittelbar mit den Wind­turbinen, sondern zunächst mit dem normalen Strom­netz verbunden. Die Elektrizität für die Wasser­stoff­produktion wird aus Off­shore­wind­parks eingekauft. Die räumliche Nähe zu den Wind­energie­anlagen auf See soll die Stromnetze an Land entlasten. Auf längere Sicht wollen die Projekt­partner die Elektrolyse­leistung auf bis zu 700 Megawatt hochfahren. Der Strom dazu könnte dann direkt aus Windparks vor der Küste stammen, die neu in der Nordsee entstehen sollen.