Wasserstoff: ein explosives Gas
Die Technologie, um Wasser mittels Elektrolyse zu spalten und damit Wasserstoff herzustellen, ist in der chemischen Industrie seit Langem bekannt. Einige Düngemittelfabriken in Regionen mit günstigem Wasserkraft-Strom nutzten bereits vor Jahrzehnten(öffnet im neuen Fenster) grünen Wasserstoff – auch wenn das damals noch nicht so genannt wurde – um Ammoniak herzustellen. Allerdings wurden diese historischen Elektrolyseanlagen letztendlich fast vollständig durch fossile Anlagen ersetzt.
Doch die historischen Elektrolyseanlagen sowie die in der Chlorproduktion eingesetzten ähnlich arbeitenden Chlor-Alkali-Elektrolyseanlagen sind nicht direkt mit der Technologie vergleichbar, die Linde in Leuna aufgebaut hat.
Der Umgang mit Wasserstoff ist generell mit einigen Risiken verbunden. Wasserstoffgas diffundiert durch viele Werkstoffe. Gemischt mit Sauerstoff, etwa aus der Luft, bildet Wasserstoff sogenanntes Knallgas. Leckagen von Wasserstoff können daher schnell zu einem Explosionsrisiko führen.
Risiko: Gas-Crossover in Elektrolyseuren
In Elektrolyseuren wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten und die dabei entstehenden Gase getrennt abgefangen. Gefährlich wird es, wenn es zu einem sogenannten Gas-Crossover kommt – also wenn die Trennung von Sauerstoff und Wasserstoff nicht funktioniert und sich beide Gase mischen.
Verschiedene Eigenschaften von Wasserstoff tragen dazu bei, das Risiko zu erhöhen. So gibt es eine große Breite an explosiven Mischverhältnissen von Wasserstoff und Sauerstoff. Die Temperatur für eine Zündung von Wasserstoff ist niedriger als bei vielen anderen Gasen. Bereits kleine elektrische Entladungen können reichen, um eine Explosion zu verursachen. All das führt dazu, dass die Sicherheitsvorkehrungen bei Wasserstoff aufwendig und teuer sind.
Selbst in Industrien, die viel Erfahrung mit Wasserstoff haben, kommt es zu schweren Unfällen. So starben in Südkorea im vergangenen Jahr zwei Menschen bei einer Wasserstoffexplosion in einer Ölraffinerie(öffnet im neuen Fenster).
Auch Linde in Leuna machte in den letzten Jahren wegen eines Unfalls im Zusammenhang mit Wasserstoff Schlagzeilen. 2024 kam es zu einem Vorfall, der, zumindest so weit das bekannt ist, nichts direkt mit der Elektrolyseanlage von Linde zu tun hatte. An einem Wasserstoff-Transportbehälter kam es demnach zu einer Verpuffung und einer Explosion. Linde nahm daraufhin zahlreiche Wasserstoff-Transport-Lkw temporär außer Betrieb, wodurch viele Wasserstoff-Tankstellen in Deutschland zeitweise außer Betrieb waren.
Jenseits der generellen Gefahren beim Umgang mit Wasserstoff gibt es beim Linde-Projekt in Leuna jedoch eine weitere Herausforderung: den Einsatz der noch wenig etablierten PEM-Elektrolyse.
Bei den historischen Elektrolyseanlagen, die in der Vergangenheit in der chemischen Industrie eingesetzt wurden, handelt es sich um alkalische Elektrolyseure. Doch im Zuge des seit einigen Jahren neu erweckten Interesses an grünem Wasserstoff schielten viele Unternehmen auf andere Elektrolysetechnologien, die verschiedene Vorteile mit sich bringen.
In Leuna wurden hierfür PEM-Elektrolyseure der bereits erwähnten Firma ITM Power eingesetzt. PEM steht für Proton Exchange Membrane. Um die technischen Details soll es hier nicht gehen, aber PEM-Elektrolyseure haben einige Eigenschaften, die für die grüne Wasserstoffproduktion attraktiv sind.
Sie können bei gleicher Größe mit höheren elektrischen Strömen arbeiten, was zunächst einmal bedeutet, dass sie weniger Platz benötigen. Weiterhin können sie auch mit einer großen Spannweite von Strömen betrieben werden. Das ist insbesondere dann attraktiv, wenn die Wasserstoffproduktion flexibel an die Erzeugung von erneuerbarem Strom angepasst werden soll.
Gibt es bei PEM-Elektrolyseuren besondere Sicherheitsprobleme? Industriebeobachter, mit denen wir im Rahmen dieser Recherche gesprochen haben, sehen das eher nicht so. Höhere Spannungen und auch ein in PEM-Elektrolyseuren oft höherer Gasdruck können Sicherheitsprobleme verursachen, aber andere Technologien haben andere Risiken und sind daher nicht unbedingt sicherer.
In industrieller Größenordnung eine neue Technologie
Die größte technische Herausforderung dürfte allerdings sein, dass industrielle PEM-Elektrolyseure eine sehr neue Technologie sind. Zwar sind die grundlegenden Prinzipien schon lange bekannt, sie wurden aber nur in kleinen Labor- und Pilotanlagen getestet.
Die erste PEM-Elektrolyseanlage, die überhaupt ansatzweise eine industrielle Größenordnung erreicht, wurde 2021 in Betrieb genommen(öffnet im neuen Fenster). Sie steht im Chemiepark Wesseling nahe Köln und wird von Shell betrieben.
Der Ölkonzern benötigt Wasserstoff für seine dortige Ölraffinerie. Das Projekt mit dem Namen Refhyne hat eine Kapazität von 10 Megawatt und setzt dabei ebenfalls auf PEM-Elektrolyseure der britischen Firma ITM Power. Und auch die Elektrolyseure bei Shell in Wesseling wurden mithilfe von Linde aufgebaut. Inzwischen ist eine weitere, größere Anlage mit einer Kapazität von 100 Megawatt in Bau.
An dieser Stelle sei kurz erwähnt, dass man es sicher fragwürdig finden kann, dass die Produktion von grünem Wasserstoff sich häufig auf den Einsatz in Ölraffinerien konzentriert(öffnet im neuen Fenster). Das gilt für das Projekt in Wesseling ebenso wie für Leuna. Die Klimabilanz des Öls wird dadurch nur geringfügig verbessert, eine langfristige Lösung in Richtung Klimaneutralität ist es nicht. Doch um die Frage, wo Wasserstoff am besten zum Einsatz kommt, soll es hier nicht weiter gehen.
Weiß man bei Shell in Wesseling von den Sicherheitsbedenken und Verzögerungen, die es wegen der Elektrolyseure in Leuna gab? Das Unternehmen wollte uns diese Frage nicht beantworten und teilte lediglich mit, der Konzern kommentiere "grundsätzlich keine internen Angelegenheiten, Geschäftsbeziehungen oder technischen Fragestellungen, die in die Verantwortung anderer Projektpartner fallen".
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