Grüner Wasserstoff vom Hochrhein

1. Die Elektrolysezelle enthält Elektrolyt.

2. An zwei Elektroden wird eine Spannung angelegt, wodurch ein elektrischer Strom durch die Elektrolysezelle fließt. Dies führt zur Zersetzung der Teilchen im Elektrolyt.

3. Durch die angelegte Spannung entsteht ein Elektronenüberschuss am Minuspol (negativ geladene Kathode). Positiv geladene Ionen (Kationen) wandern im elektrischen Feld zur Kathode. Durch Aufnahme von Elektronen werden sie dort reduziert. 
→ Es entsteht Wasserstoff.

4. Am Pluspol (positiv geladene Anode) entsteht hingegen ein Elektronenmangel. Negativ geladene Ionen (Anionen) wandern im elektrischen Feld zur Anode. Durch Abgabe von Elektronen werden sie dort entladen, also oxidiert.
→ Es entsteht Sauerstoff

Glossar:

Elektrolysezelle: Zelle, in der die Elektrolyse abläuft

Elektrolyt: chemische Verbindung, die im festen, flüssigen und gelösten Zustand vorkommt und die positiv oder negativ geladene Ionen enthält z.B. Kochsalzlösung

Ion: elektrisch geladenes Atom

Elektrode: ist i.d.R. ein metallischer Leiter und dient zur Zu- oder Abführung von elektrischem Strom in die elektrische Lösung.

Kathode: Elektrode, an der die Reduktion der Kationen (durch Aufnahme von Elektronen) stattfindet

Anode: Elektrode, an der die Oxidation der Anionen (durch Abgabe von Elektronen) stattfindet

Die Bundesregierung misst Wasserstoff eine Schlüsselrolle in der Energiewende bei. Vor diesem Hintergrund hat sie 2020 ihre „Wasserstoffstrategie“ veröffentlicht mit dem Ziel, Wasserstoff als einen regenerativen Energieträger in Deutschland massentauglich zu machen und so den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Demselben Ziel dient das Projekt „Reallabore der Energiewende“. Dort sollen tragfähige Geschäftsmodelle zur Nutzung von Wasserstoff entwickelt und erprobt werden, unter anderem für eine klimafreundliche Mobilität. Im Vordergrund steht dabei die Wirtschaftlichkeit, die bislang noch nicht gegeben ist. Sie soll durch eine intelligente Verknüpfung diverser Bereiche wie Mobilität, Industrie, Nutzung von Abwärme etc. erreicht werden (Stichwort „Sektorenkopplung").

Ziel des vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsprojekts ist es zudem, in Deutschland hochqualifizierte zukunftsfähige Arbeitsplätze zu schaffen und zu halten.

Energiedienst betreibt bereits seit 2019 eine Power-to-Gas-Anlage, die grünen Wasserstoff herstellt. 

Das Konsortium des „Reallabors H₂-Wyhlen“ besteht aktuell aus 4 Unternehmen. Neben Energiedienst/EnBW gehören dem Konsortium das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg)/Stuttgart, die Dialogik gGmbH/Stuttgart und die Messergroup/Bad Soden an. Darüber hinaus ist das Unternehmen DSM Nutritional Products/Grenzach-Wyhlen als assoziierter Projektpartner mit im Boot.

Rollen und Aufgaben der Partner:

• Das ZSW betreibt angewandte Elektrolyseforschung. Es forscht am laufenden Betrieb mit dem Ziel, die Elektrolyse durch verbesserte Materialien noch effizienter zu machen. 
• Die Dialogik gGmbH ist Spezialistin für Partizipation und gesellschaftliche Technikforschung. Sie ist für das Thema Bürgerbeteiligung zuständig und will auch hier neue Erkenntnisse gewinnen.
• Messer übernimmt den regionalen Vertrieb, den Transport sowie die Verteilung des erzeugten, erneuerbaren Wasserstoffs und analysiert Vermarktungsmöglichkeiten für den ebenfalls bei der Elektrolyse anfallenden, grünen Sauerstoff.
• DSM ist bereits Abnehmer des Wasserstoffs und verwendet diesen bei der Produktion von Vitamin B12.

Die EnBW – als Mutterkonzern von Energiedienst – hat die Projektleitung für das Reallabor inne. Außerdem wirkte sie bei der Errichtung der Power-to-Gas-Anlage mit und ist auch in deren Betrieb involviert. Das Reallabor ist Teil der Aktivitäten der EnBW-Gruppe, mit denen sie ihren Kunden neben Strom langfristig auch gasförmige Energieträger CO₂-frei verfügbar machen will. Diese Demonstrationsprojekte ermöglichen Energiedienst und EnBW, gemeinsam neue Fähigkeiten für das Zukunftsthema Wasserstoff aufzubauen. 

Die maximale Förderhöhe für das Gesamtprojekt „Reallabor H₂-Wyhlen“ – und damit für das gesamte Konsortium – beträgt ca. 13,5 Mio. Euro. Davon erhalten die Projektpartner ZSW, Dialogik und Messer zusammen rund 6 Mio. Euro. Energiedienst erhält eine Förderung in Höhe von 7,54 Mio. Euro.

Die Power-to-Gas-Anlage ist seit Dezember 2019 in Betrieb. Im Dezember 2020 erfolgte die Förderzusage des Bundes für das Reallabor. Das Projekt startete im Januar 2021 und ist auf 5 Jahre ausgelegt. Das Projekt wird also bis Ende Dezember 2025 laufen.

Zuerst wollen wir ein Geschäftsmodell entwickeln, das wirtschaftlich tragfähig ist. Darüber hinaus wollen wir unsere Power-to-Gas-Anlage bis 2024 um 5 Megawatt auf insgesamt 6 Megawatt ausbauen.

Im ersten Schritt geht es darum, ein Geschäftsmodell zu entwickeln, das auch anderswo und in größerer Dimension zur Anwendung kommen kann. Alles, was irgendwann im großen Stil Anwendung findet, muss vorher im Kleinen erprobt werden.

Wenn wir, wie von der deutschen Bundesregierung geplant, unseren Energiebedarf im Jahr 2050 zu 80 % aus erneuerbaren Quellen bestreiten wollen, wird der Bedarf an Energiespeicheroptionen erheblich zunehmen. Deshalb müssen wir heute schon anfangen, dafür Konzepte zu entwickeln, die bis dahin funktionieren.

Bei der Produktion des Wasserstoffs entsteht – wie bei jedem technischen Prozess – Abwärme. Diese wird meistens an die Umwelt abgegeben, also nicht genutzt. Da der Ressourcenschutz immer wichtiger wird, rückt das Thema Abwärmenutzung inzwischen immer stärker in den Fokus. Daher ist es von enormer Bedeutung, auch die Abwärme einer sinnvollen Nutzung zuzuführen. Außerdem geht es bei diesem Reallabor darum, den Wirkungsgrad der Anlage und ihrer Technologie so stark wie möglich zu erhöhen (angestrebt sind 70 bis 85 %). Im vorliegenden Fall liegt es deswegen nahe, die in der Power-to-Gas-Anlage entstehende Abwärme zusammen mit der Abwärme des benachbarten Wasserkraftwerks zum Beheizen der angrenzenden Liegenschaften zu verwenden. Entsprechende Gestattungsverträge mit der Gemeinde Grenzach-Wyhlen haben wir im Januar 2020 geschlossen.

Insgesamt sollen 3 Wohnquartiere mit der Abwärme aus Power-to-Gas-Anlage und Kraftwerk versorgt werden:

• das Neubeugebiet „Kapellenbach Ost“ in Wyhlen (noch nicht im Bau). Bedarf: 4,6 GWh Wärme pro Jahr (Heizleistung: 2‘100 KW). Voraussichtlicher Lieferbeginn: Mitte 2023 für den ersten Bauabschnitt. Das Gesamtgebiet wird in drei Teilabschnitten erschlossen (2022 - 2024). Die Abdeckung soll zu 87 % aus Abwärme vom Generator des Rheinkraftwerks und der Abwärme des Elektrolyseurs (= 4,0 GWh) erfolgen und zu 13 % aus Biomasse (= 0,6 GWh). Insgesamt geht es um rund 900 Wohneinheiten;
• ein Neubaugebiet am Wasserkraftwerk Wyhlen (noch nicht im Bau). Bedarf: 750 MWh. Voraussichtlicher Lieferbeginn: Mitte 2023;
• die Bebauung „Neue Mitte Grenzach“ (Mischquartier; teilweise Neubauten; noch nicht im Bau). Bedarf: 14 GWh pro Jahr (Heizleistung Grundlast/Spitze: 1,5 - 7 MW). Primär wird dieses Gebiet über Abwärme des Unternehmens DSM versorgt; Energiedienst wird also hier nur einen kleinen Teil (4 GWh) beisteuern. Voraussichtlicher Lieferbeginn: Ende 2022. Hier wird ein Nahwärmenetz im Bestand errichtet, das heißt: Die Errichtung des Nahwärmenetzes erfolgt sukzessive.

Zur Versorgung dieser 3 Wohnquartiere wird Energiedienst künftig 3 Großwärmepumpen betreiben. Die Unterzeichnung der benötigten Gestattungsverträge für die Errichtung der Nahwärmenetze mit der Gemeinde Grenzach-Wyhlen erfolgte im Januar 2020.

Wir sind überzeugt, dass unser grüner Wasserstoff als Speicher sinnvoll zur Energiewende beiträgt. Wir glauben daran, dass das Potenzial von Wasserstoff, neben der E-Mobilität, auf breiter Ebene erkannt wird. Die Vorteile von Wasserstoff sprechen für sich:

• leicht speicherbar,
• bis zu einem gewissen Prozentsatz ins Gasnetz einspeisbar,
• einziges Abfallprodukt aus der Brennstoffzelle ist Wasserdampf.