Am 24. April 2023 präsentierten die Experten der EE ENERGY ENGINEERS den Mitgliedern des HyDrive OWL Netzwerks mit der Elektrolyse einen weiteren Grundpfeiler für den Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur. Bei einem zweistündigen Onlinemeeting konnten sich Akteure aus der Region vernetzen und zum aktuellen Stand der Technik, aktuellen Best-Practice-Beispielen und Herausforderungen informieren.

Das Netzwerktreffen wurde eröffnet von Olrik Meyer vom Kreis Lippe. Darauf folgte eine kurze Vorstellung der EE ENERGY ENGINEERS GmbH (EE), deren Experten das Netzwerk HyDrive OWL seit Ende des letzten Jahres mit fachlicher und organisatorischer Unterstützung begleiten und auch dieses Netzwerktreffen organisiert haben.

Elektrolyse – Gewinnung des Wasserstoffes

Dr. Thomas Kattenstein (EE) leitete mit einem ausführlichen Technologievortrag zur Elektrolyse den thematischen Teil des Netzwerktreffens ein. Neben den Grundlagen der Elektrolyse wurden ebenfalls die Flächenanforderungen und Genehmigungen für Elektrolyseure aufgezeigt, welche wirtschaftlichen Faktoren beim Betrieb zu beachten sind und welche aktuellen Fördermöglichkeiten es auf Bundes- und Landesebene gibt.

Mit der regionalen Wasserstofferzeugung wird eine lokale Wertschöpfung geschaffen und das Stromnetz kann entlastet werden. Der Ausbau der Erneuerbaren Energien kann unproblematisch vorangetrieben werden, um damit die heimischen Wind- und PV-Potentiale nutzen zu können, ohne dass viele der Anlagen abgeschaltet werden müssen. Dadurch kann der heimische Wasserstoff langfristig kompetitiv mit Importwasserstoff sein (je nach Business Case).

Durch regional verfügbaren Wasserstoff und dem zeitigen Aufbau der H₂-Wirtschaft wird Ostwestfalen-Lippe unabhängiger vom Hydrogen Backbone und kann durch mehr Nachfrager für eine hohe Dichte an H₂-Infrastrukturen erreichen, was einen schnellen Umstieg und damit die Dekarbonisierung fördert. Abwarten ist keine Option! Die Chancen und Grenzen der Wasserstoffwirtschaft sollten jetzt untersucht werden.

Experten geben Einblick in den Elektrolysemarkt

Mit Herrn Dr. Michael Weber von der FEST Group und Herrn Dr.-Ing. Tobias Breitbach haben wir zwei Experten mit an Bord gehabt, die uns einen Einblick von der Planung bis zur Umsetzung einer Elektrolyseanlage durch ihre beiden Unternehmen gegeben haben. Es wurde deutlich wie viel in dem Bereich schon möglich ist und anhand der mitgebrachten Beispiele und Referenzen, wie viel schon passiert. Eine wachsende Anzahl dezentraler Elektrolyseure ermöglicht die Versorgungssicherheit auch langfristig ohne Pipelineanschluss. Der Hochlauf von Produktion und Abnahme des Wasserstoffes schreitet immer schneller voran, aber noch fehlt es oft an der entsprechenden Infrastruktur obwohl der Wille bei immer mehr Akteur:innen vorhanden ist.

Große Resonanz im Netzwerk

Insgesamt hatten sich über 60 Akteure aus der Region für den Workshop angemeldet und sich rege an der Diskussion und Fragerunde beteiligt. Die regionalen Ansprechpartner:innen und das Projektteam der EE stehen Ihnen gerne für Fragen und Anregungen zur Verfügung.

Ihr Kontakt zu uns:
Lukas Pieper
Consultant
Mobile:   +49 171 5320234
E-Mail:    pieper@energy-engineers.de
Internet: www.energy-engineers.de

(1) Seit 2022 setzt der Bielefelder Verkehrsdienstleister moBiel auf der Stadtbus-Linie 29 erfolgreich vier Brennstoffzellenbusse ein. Mit einer Reichweite von 400-500 km und einem Durchschnittverbrauch von rund 6 kg/100 km sind die Fahrzeuge auf der rund 8 km langen Route mit abwechslungsreichem Höhenprofil CO2-frei im Einsatz.

(2) Die Busse werden in der für Wasserstofffahrzeuge optimierten Werkshalle gewartet. Neben dem erforderlichen Umlauf zur Erreichbarkeit der Brennstoffzellentechnik auf dem Fahrzeugdach verfügt die Halle über ein hocheffizientes Abluftsystem für den sicheren Umgang mit dem leichtentzündlichen Treibstoff.

(3) Übergangsweise wird der benötigte Wasserstoff aktuell noch zugeliefert und von der Trailerabfüllanlage in die 600 kg fassenden Niederdruckbehälter verbracht. Kompressoren verdichten den Wasserstoff und überführen diesen in die Hochdruckbehälter. Die Verdichtung erfordert zudem eine entsprechende Kühlung. Die Lagerkapazität der Anlage ist perspektivisch erweiterbar. Über den Dispenser – die Wasserstofftankstelle – der wie alle Komponenten redundant ausgeführt ist, um auch bei einem möglichen Ausfall einzelner Bausteine stets einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, werden die Brennstoffzellenbusse betankt. Die Kapazität der Tankstelle liegt mit ca. 1000 kg in einer soliden Größenordnung.

(4) Als letztes Teilprojekt befindet sich zurzeit die Errichtung einer 1MW-Elektrolyse in der Ausführungs- und Genehmigungsplanung. Die hierfür benötigte Energie wird über den zertifizierten Strom aus dem biogenen Anteil der MVA generiert.

Perspektivisch sollen auch Erneuerbare Energien (bspw. Freiflächen-Photovoltaik) auf dem Gelände der MVA als Stromquelle dienen. Darüber hinaus werden zeitnah weitere Fahrzeuge (bspw. Müllsammelfahrzeuge des Bielefelder Umweltbetriebs) mit vor Ort erzeugtem Wasserstoff betankt. Auch mögliche Nutzungen des Elektrolyse-Nebenprodukts Sauerstoff in der benachbarten Kläranlage sollen geprüft werden.

„Wie könnte eine Wasserstoffindustrie/-gesellschaft in Bielefeld aussehen?“ war das Thema einer aktuellen Potentialstudie am ITES. Fazit: Der Begriff „Wasserstoffgesellschaft“ ist deutlich zutreffender als „Industrie“. Eine flächendeckende Nutzung des Wasserstoffs wird sich auf viele gesellschaftliche Bereiche auswirken, vor allem auch auf den Gebäudesektor. Hier kann Wasserstoff als Energieträger für die Bereitstellung von Strom und Wärme gleichermaßen dienen. Die Integration und Anwendung von Wasserstofftechnologien in lokalen Quartieren, kleinen Netzen oder sogar autarken Energiezellen stellen wichtige Forschungsfragen dar, mit denen sich das Institut beschäftigen wird.

Das Institut für Technische Energie-Systeme bietet mit 27 Mitarbeiter*innen in aktuell 13 laufenden geförderten Forschungsprojekten und zahlreichen Kooperationspartnern vielfältige Möglichkeiten von Schulung und Beratung über kooperative Forschungsprojekte bis hin zu Gutachtertätigkeiten. 

Im Bereich Wasserstofferzeugung und Wasserstoffanwendung wurden am ITES u.a. folgenden Themen bearbeitet:

• Gegenüberstellung der PEM-Elektrolyse und der Alkalischen Elektrolyse zur Versorgung einer Wasserstofftankstelle über Sektorenkopplung an der MVA Bielefeld, Masterarbeit
• Analyse stillgelegter, verbrauchsnaher Kraftwerksstandorte auf der Verteilnetzebene zur Nachnutzung mittels Wasserstofftechnologie, Masterarbeit
• Strategische Analyse der Wasserstoffnutzungsmöglichkeiten für Unternehmen im Gebiet der Stadt Bielefeld, Bachelorarbeit
• Erstellung dynamischer PEM-Brennstoffzellen-Modelle, Bachelorarbeit

Kontakt:

Stellvertretender Leiter des ITES
Prof. Dr.-Ing. Jens Haubrock
Telefon +49.521.106-7365
jens.haubrock@fh-bielefeld.de

Technische Geschäftsführerin des ITES
Dr. rer. nat. Emma Davies
Telefon +49.521.106-70922
emma.davies@fh-bielefeld.de

Als zentrale Hemmnisse verbanden die Teilnehmenden die Begriffe Wirtschaftlichkeit, fehlende Infrastruktur und Akzeptanz/Sicherheit mit der Anwendung von Wasserstoff. Allerdings wird dem Thema Wasserstoff als neues Geschäftsfeld auch Nachhaltigkeit und eine Funktion im Klimaschutz attestiert. Das Interesse der Teilnehmenden am nächsten HyDrive-Lab war – unter anderem mit dem Blick auf weiterführende Informationen zu den Thema Fördermöglichkeiten, technische Realisierungen und aktuell laufenden Projekte – groß. Der gemeinsame Ausklang der virtuellen Veranstaltung fand in der ebenfalls virtuellen „350 Bar“ statt.

Das 1. HyDrive-Forum findet am Mittwoch, dem 24.02. von 16:30-18:00 Uhr statt. Die Veranstaltung richtet sich an die interessierte Fachöffentlichkeit (Spedition & Logistik, Wirtschaft, Industrie, Stadtwerke, Kommunen und kommunale Unternehmen, Entscheiderinnen und Entscheider). Die Anmeldung ist ab sofort möglich unter: https://s.fhg.de/HyDrive-Forum-Anmeldung

Elektrolyse und Wasserstoff werden in vielen Studien als wichtige Bausteine des zukünftigen Energiesystems anerkannt. Trotz des großen Potenzials zur Emissionssenkung und erfolgreicher Demonstrations- und Erprobungsprojekte ist grüner Wasserstoff in Deutschland jedoch bis auf Nischenfälle immer noch nicht im Energiesystem präsent.

Um das zu ändern, entwickelt das Projekt HyDrive OWL zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE bis Juli 2021 ein Konzept, in dem strategisch betrachtet wird, wie Wasserstoff in der Region OWL nachhaltig erzeugt und angewendet werden kann.

Das Fraunhofer ISE in Freiburg bietet in seinem Geschäftsfeld Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher zum einen technische FuE-Leistungen zur Erzeugung, Wandlung sowie thermochemischen Weiterprozessierung von Wasserstoff und ist deshalb mit der technischen Umsetzung einer regionalen Wasserstoffversorgung vertraut.  

Darüber hinaus begleitet das Fraunhofer ISE Partner – wie aktuell im Projekt HyDrive OWL – bei der Entwicklung von regionalen Versorgungskonzepten und der Integration im Rahmen von Feldprojekten in die verschiedensten Anwendungen und unterstützt bei der zugehörigen Qualitätssicherung. Dabei nutzt dem Fraunhofer ISE insbesondere die Erfahrungen aus dem Betrieb einer eigenen Wasserstoffinfrastruktur (Elektrolyseure, Tankstelle, Fahrzeuge) und Planungstools für den regionalen Aufbau einer Wasserstoffversorgung.

Die Expertinnen und Experten des Fraunhofer ISE haben darüber hinaus führende Rollen in Organisationen wie der Internationalen Energieagentur IEA, dem Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverband, dem Fraunhofer-Netzwerk für Wasserstofftechnologien, dem „Zukunftsfonds Automobilindustrie“ sowie in nationalen und internationalen Normungskommissionen. Mit der University of Cape Town besteht eine Forschungszusammenarbeit.

Warum Wasserstoff so wichtig für unsere Zukunft ist und mit welcher  Motivation die Forscherinnen und Forscher an die Herausforderungen gehen, zeigt der Film des Fraunhofer ISE hier:

Die vier 12-Meter-Busse vom Typ H2 City Gold kommen vom portugiesischen Hersteller Caetano. Die Busse haben auf ihrem Dach Brennstoffzellen von Toyota. Die ebenfalls auf dem Dach untergebrachten je fünf Wasserstofftanks können 37,5 Kilogramm Wasserstoff aufnehmen. Die Busse erzielen hiermit nach Herstellerangaben eine Reichweite von etwa 350 bis 400 Kilometern.

Die Wasserstofftankstelle liefert das Unternehmen Framatome aus Erlangen. Die Tankstelle soll auf dem Gelände der Müllverbrennungsanlage (MVA) in Bielefeld-Heepen errichtet werden. Dort ist auch eine kleine Abstellhalle für die Busse vorgesehen. Die gesamte Anlage inklusive Wegen, Abstellhalle, Tanks und Tankvorrichtung wird mit rund 6.600 m² etwas weniger Fläche als ein Fußballfeld beanspruchen. Die Tankstelle wird mit einem Druck von 350 bar arbeiten. Die Tanks der Anlage werden für 1.000 Kilogramm Wasserstoff ausgelegt und zunächst mit Tanklastwagen versorgt.

Ein wichtiger Vorteil der Brennstoffzellentechnik sind die im Vergleich zu batterie-elektrischen Bussen kürzeren Ladevorgänge, die bei den H2-Bussen nur knapp 10 Minuten in Anspruch nehmen.

Perspektivisch können sich Martin Uekmann (Geschäftsführer moBiel) und Kai Uwe Steinbrecher (Technikchef moBiel) auch eine Wasserstofferzeugung aus dem Strom der Müllverbrennung vorstellen. Deshalb habe man den Standort an der MVA für das Pilotprojekt gewählt: »Mit dem in der MVA gewonnenen Strom könnten wir in Zukunft grünen Wasserstoff für unsere Busse und vielleicht auch andere Nutzfahrzeuge produzieren. Dies wäre ein wichtiger Beitrag zu der im Rahmen der Energie- und Verkehrswende angestrebten Sektorenkopplung. Denn Wasserstoff ist gut geeignet, um Strom- und Wärmeversorgung, aber auch Verkehr miteinander zu verknüpfen und möglichst effizient und emissionsarm zu betreiben.«