Westküste 100: Wie die Energiewende an der Küste aussehen soll
Wasserstoff gilt als einer der Schlüssel für die Energiewende: Er kann mit Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden und ist ein Speicher mit hoher Energiedichte. Als solcher kann er vielseitig eingesetzt werden: als Treibstoff für Fahrzeuge, zur Wärme- und Stromproduktion und auch als Grundstoff für die chemische Industrie.
Doch vieles davon ist noch nicht im großen Maßstab erprobt. Die Bundesregierung fördert deshalb Reallabore, in denen Technologien der Wasserstoffwirtschaft erprobt werden sollen. Eines davon ist das Reallabor Westküste 100(öffnet im neuen Fenster) in Schleswig Holstein. Hier soll die Wasserstoffproduktion und Sektorkopplung in industriellem Maßstab getestet werden.
Windräder stehen still
"Wir sind hier schon ganz lange an dem Thema dran" , sagt Michael Berger im Gespräch mit Golem.de. Er forscht und lehrt an der Fachhochschule Westküste in Heide, einem der Projektpartner. Ausgangspunkt waren die Abriegelungen der Offshore-Windparks vor der Küste: Wenn der Strom nicht ins Netz gespeist werden kann, werden die Windräder gestoppt.
Ein enormer Verlust: Im Jahr 2017 beispielsweise betrug die Ausfallarbeit 5,5 Terawattstunden. Ausfallarbeit ist die Menge an elektrischer Energie, die nicht ins Netz gespeist werden kann. Der Großteil entfällt auf Windkraft und der Großteil davon wiederum auf Norddeutschland. Auch finanziell: Die Windanlagenbetreiber werden für die Ausfallarbeit entschädigt, und zwar über das Netzentgelt. Das bedeutet, die Stromkunden bezahlen Strom, der nicht erzeugt wird. Im vergangenen Jahr 2019 waren das 710 Millionen Euro.
"Wir haben uns überlegt: Was macht man mit dem Überschussstrom?" , sagt Berger. "Dann kamen wir darauf, dass es eine gute Idee wäre, hier schon den Strom zu Wasserstoff zu veredeln. Das weiten wir jetzt auf Grünstrom allgemein aus."
Den Strom zu veredeln heißt in dem Fall, Wasserstoff zu erzeugen. Ein Kernstück des Reallabors wird deshalb ein Elektrolyseur, der eine Leistung von 30 Megawatt haben soll. Betrieben werden soll er mit dem Strom aus den Windparks an der Küste, statt diese zu stoppen, um das Netz nicht zu überlasten.
Die chemische Industrie braucht Wasserstoff
Der größte Abnehmer für Wasserstoff in Deutschland ist die chemische Industrie. In Dithmarschen ist das die Raffinerie Heide mit ihren Standorten in Hemmingstedt und Brunsbüttel, die den Wasserstoff für die Entschwefelung von Treibstoffen einsetzt.
Bisher wird Wasserstoff hauptsächlich mit Dampfreformern aus Erdgas hergestellt , ein Prozess, bei dem Kohlendioxid freigesetzt wird.
Wasserstoff wird gespeichert
Wird mehr Wasserstoff erzeugt, als benötigt wird, soll dieser in unterirdischen Kavernen gespeichert werden. Damit ist auch dann eine Wasserstoffzufuhr möglich, wenn kein Windstrom verfügbar ist.
Besonders gut eignen sich dazu alte Salzstöcke(öffnet im neuen Fenster) . Der Energieversorger EWE hat gerade ein Pilotprojekt zur unterirdischen Wasserstoffspeicherung angekündigt . Er will eine 500-Kubikmeter-Kaverne in Rüdersdorf bei Berlin bauen. In Sachsen läuft ein entsprechendes Projekt seit dem vergangenen Jahr(öffnet im neuen Fenster) .
Die Bundesregierung fördert Westküste 100
Finanziert wird der Bau der Elektrolyseanlagen aus den Fördermitteln, die die Bundesregierung im Rahmen der im Juni beschlossenen nationalen Wasserstoffstrategie beschlossen hat. 30 Millionen Euro hat das Bundeswirtschaftsministerium im Sommer zugesagt. Insgesamt sollen sich die Investitionen auf 89 Millionen Euro belaufen.
Die Investmententscheidung solle Mitte kommenden Jahres fallen, sagt Berger. Dann könne der Bau beginnen. 2023 soll der Elektrolyseur seinen Betrieb aufnehmen.
Allerdings planen die Projektverantwortlichen schon weiter.
Das Reallabor setzt auf Sektorkopplung
Sie wollen in den folgenden Jahren die Elektrolyse-Kapazität ausbauen: 2025 soll der Bau einer 700-Megawatt-Anlage beginnen. Wenn diese fertig ist, soll nicht nur die Raffinerie in Heide, sondern auch das Zementwerk des Baustoffherstellers Holcim in Lägerdorf dekarbonisiert werden. Dafür wird der Sauerstoff genutzt, der bei der Elektrolyse auch entsteht.
Das Gas soll dort in den Verbrennungsprozess eingespeist werden. Ein solches Oxyfuel-Verfahren(öffnet im neuen Fenster) hat den Vorteil, dass dabei keine Stickoxide (NOx) freigesetzt werden. Zudem bietet das Verfahren die Grundlage für die Abscheidung des Kohlendioxids, das bei der Verbrennung frei wird.
Das Zementwerk wird dekarbonisiert
"Für uns als Baustoffproduzent ist Westküste 100 ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Dekarbonisierung der Zementproduktion" , sagte Thorsten Hahn, Chef von Holcim Deutschland, dem Onlinemagazin Energiewinde(öffnet im neuen Fenster) , das von Ørsted finanziert wird. Der dänische Energiekonzern ist ebenfalls bei dem Projekt dabei.
Das gewonnene, sehr reine Kohlendioxid wird dann weiter verwertet. Zunächst soll mit dem Wasserstoff Methanol hergestellt werden. Das Methanol kann dann in der chemischen Industrie eingesetzt werden. Oder es wird in der Raffinerie weiterverarbeitet zu einem synthetischen Kraftstoff .
E-Fuels aus Heide für den Hamburger Flughafen
Da das bei der Verbrennung freigesetzte Kohlendioxid zuvor der Luft entzogen wurde, sind die auf diese Art und Weise hergestellten Kraftstoffe Kohlendioxid-neutral. Zudem werden weniger Ruß und Feinstaub emittiert. Das können Kraftstoffe für Fahrzeuge sein. Geplant ist aber auch, synthetisches Kerosin herzustellen, mit dem auf dem Hamburger Flughafen Flugzeuge betankt werden.
Schließlich soll der Wasserstoff unverarbeitet als Energieträger genutzt werden: So soll im Rahmen des Projektes eine Tankstelle gebaut werden, an der Brennstoffzellenfahrzeuge tanken können. Daneben soll das Gas in das Gasnetz von Heide eingespeist werden.
Wasserstoff versprödet Stahl
Das sei nicht ganz einfach, weil Wasserstoff in Stahl eindringe und ihn verspröde, sagt Berger. Beimengungen bis etwa 20 Prozent sollen jedoch im Erdgasnetz möglich sein. Das alte Stadtgasnetz sei besser für Wasserstoff geeignet gewesen. Um die Stadtwerke in Heide mit dem Gas beliefern zu können, wird eine eigene Wasserstoffpipeline von der Raffinerie und den Speichern gebaut.
"Die Zahl 100 steht für die 100-prozentige Versorgung mit erneuerbaren Energien" , sagte Jürgen Wollschläger, Leiter des Projekts und Chef der Raffinerie Heide, Energiewinde. Das schließt auch Heizen mit ein: Die Abwärme der Elektrolyseanlage wird in das Fernwärmenetz eingespeist.
Vieles, was die Projektpartner vorhaben, ist vorhandene Technik. Neu hingegen ist der Maßstab: Es geht um einen industriellen Maßstab.
Es muss skaliert werden
Das bringe einige Probleme mit sich, sagt Berger. "Der große Teil ist Skalierung. Ein bisschen ist aber auch noch Physik." Das betreffe beispielsweise das Verhalten der Elektrolyseanlage: Wo sind Anfälligkeiten für Ausfälle? Wie kommen die Anlagen mit einer leicht schwankenden Stromversorgung klar? Wie verhalten sie sich, wenn sie einmal mit Überlast gefahren werden?
Aktuell haben die größten Anlagen eine Leistung von rund 10 Megawatt. Die meisten sind aber kleiner: Das Brunsbütteler Unternehmen Wind to Gas Energy(öffnet im neuen Fenster) etwa betreibt einen Elektrolyseur mit einer Leistung vor 2,5 Megawatt, die H+R Ölwerke in Hamburg einen mit 5 Megawatt. Das Projekt Efarm(öffnet im neuen Fenster) des Energieunternehmens GP Joule(öffnet im neuen Fenster) baut eine lokale Wasserstoff-Infrastruktur mit fünf Elektrolyseuren im Kilowatt-Bereich. Sie sollen Wasserstoff für lokale Brennstoffzellen-Linienbusse erzeugen.
Die Produktion muss automatisiert werden
Da plant Westküste 100 in anderen Größenordnungen. Das bedeute, dass die Produktion der Stacks anders organisiert werden müsse: "Das ist eine Serienproduktion. Die muss sehr viel höher automatisiert werden. Das ist eine ganze Nahrungskette, die man da ändern muss" , sagt Berger. "Das ist natürlich schon eine Herausforderung."
Westküste 100 ist eines von insgesamt 20 Reallaboren zur Energiewende(öffnet im neuen Fenster) , die die Bundesregierung im vergangenen Jahr ausgewählt(öffnet im neuen Fenster) hat. Zu den anderen gehört Store To Power, bei dem ein stillgelegtes Kohlekraftwerk zu einem Wärmespeicherkraftwerke umgebaut werden soll.
Das Wirtschaftsministerium will für die Projekte im Jahr 100 Millionen Euro bereitstellen. Hinzu kommen noch einmal 200 Millionen Euro im Rahmen des Strukturstärkungsgesetzes. Sie sind für Reallabore in Strukturwandelregionen gedacht
Das Reallabor Westküste 100 wird von der Raffinerie Heide geleitet. Beteiligt sind die Energieversorger Thüga, Ørsted und EDF, der Gasnetzbetreiber Open Grid Europe, der Baustoffproduzent Holcim und die Stadtwerke Heide. Weitere Partner sind die Entwicklungsagentur Region Heide sowie die Fachhochschule Westküste, die das Reallabor begleiten. Die Projektlaufzeit beträgt fünf Jahre.