Wenn aus Wind Gas wird. Energie

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1 Wenn aus Wind Gas wird Kann man Wind tanken? Kann man durch erneuerbare Energien Heizungen oder Großkraftwerke von Erdgasimporten unabhängiger machen und somit umweltfreundlich Strom und Wärme erzeugen? Auch dann, wenn es absolut windstill ist und keine Sonne scheint? Ja, wir sind überzeugt davon, dass dies schon heute möglich ist. Deshalb haben Siemens, die Linde Group, die Hochschule Rhein-Main und die Stadtwerke Mainz gemeinsam ein umfangreiches Projekt entwickelt. In unserem neuen Energiepark Mainz soll schon bald umweltfreundlich erzeugter Strom aus Windenergie dabei helfen, Wasserstoff herzustellen. Wasserstoff lässt sich gut speichern und vielfältig als Energieträger einsetzen, wie etwa als umweltfreundlicher Autokraftstoff, beim Betrieb von Gasheizungen oder auch zur Stromerzeugung in modernen Kraftwerken. Welche Möglichkeiten bietet das sogenannte Power-to-Gas -Verfahren? Wo liegen die Chancen und Grenzen dieser Technologie? Diese Fragen wird das gemeinsame Forschungsprojekt klären, mit dessen Realisierung wir noch in diesem Jahr starten werden. Auf diesen Seiten möchten wir Sie daher umfassend über den Energiepark Mainz informieren. Energie Den erneuerbaren Energien gehört die Zukunft. In Deutschland deckt Strom aus regenerativen Quellen derzeit ca. 25 Prozent des Bedarfs. Die Bundesregierung strebt bis zum Jahr 2020 eine Erhöhung dieses Anteils auf 35 Prozent und bis 2050 auf 80 Prozent an. Den größten Anteil daran soll die Windkraft haben. Rheinland-Pfalz will die Vorgaben der Bundesregierung noch übertreffen: Bis zum Jahr 2030 soll die in Rheinland-Pfalz verbrauchte Strommenge vollständig aus regenerativen Energien gewonnen werden davon mehr als zwei Drittel aus Windkraft. Die Anzahl der derzeit gut Windkraftanlagen muss sich bis dahin ungefähr verdoppeln. Im Großraum Mainz und im Hunsrück produzieren Windräder bereits heute jährlich bis Volllaststunden Energie 1, der Beitrag der Photovoltaikanlagen liegt bei etwa Volllaststunden im Jahr. Wind und Sonnenstrahlung sind also diskontinuierlich und stehen damit zur Nutzung nur zeitweise zu Verfügung. Strom aus Windkraft- und Solaranlagen muss daher durch Umwandlung speicherbar gemacht werden, um ihn für den Bedarfsfall verfügbar zu machen. Wasserstoff eignet sich besonders gut für diese Aufgabe: Wasserstoff lässt sich an jedem Ort elektrolytisch herstellen, an dem Strom und Wasser verfügbar sind. Der Wasserverbrauch spielt dabei eher eine untergeordnete Rolle: Um z.b. die gesamte Stromproduktion einer durchschnittlichen Windkraftanlage (ca. 4 GWh entspricht dem jährlichen Strombedarf von Mainzer Haushalten) in Form von Wasserstoff zu speichern, wird eine Menge von ca. 700 m³ Frischwasser gebraucht, das entspricht dem jährlichen Wasserverbrauch von nur 5 Mainzer Haushalten. 1

2 Es existiert eine Vielzahl an Speicher- und Transportmöglichkeiten für Wasserstoff. Wasserstoff verbrennt emissionsarm zu Wasser, es entstehen keine Treibhausgase. In einer Brennstoffzelle ist Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad direkt verstrombar, ohne Umweg über Verbrennungswärme und mechanische Energie. Wasserstoff kann jedoch auch in Gasturbinenkraftwerken effizient zurück in Strom verwandelt werden. Wasserstoff ermöglicht darüber hinaus den mittelbaren Einsatz regenerativ erzeugten Stroms als emissionsfreien Kraftstoff für elektrische, brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge. Als zusätzlicher Nutzungsweg bietet sich die Nutzung als Industriegas in entsprechenden Industriezweigen an, was regenerativem Strom die Tür zu einer weiteren sinnvollen Anwendung öffnet. 1. Die Volllaststunden ergeben sich, wenn man die jährlich produzierte Gesamtenergiemenge einer Anlage durch ihre Maximalleistung teilt. Eine Windkraftanlage mit 2 MW Leistung und 5000 MWh Energieproduktion im Jahr hat also 2500 Volllaststunden. Da das Jahr 8760 Stunden hat, entspricht einer durchschnittlichen Auslastung von ca. 29%. Das Verfahren Elektrolyse Im»Energiepark Mainz«soll Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt werden, wozu unter anderem überschüssiger Strom aus benachbarten Windkraftanlagen eingesetzt wird. Bei dem angewendeten Verfahren handelt es sich um die saure Elektrolyse mit einem polymeren Festelektrolyten. Bei der Elektrolyse wird Wasser in flüssiger Form an der Anodenseite der Elektrolysezelle in seine Bestandteile zerlegt: pro Wassermolekül entstehen ein halbes Sauerstoffmolekül und zwei Protonen. Das Sauerstoffmolekül wird anodenseitig abgeführt, während die Protonen mittels einer leitenden Membran zur Kathodenseite transportiert und dort unter Aufnahme zweier Elektronen zu einem Wasserstoffmolekül kombinieren. 2

3 Technologie Die Anlage kann bis zu 6 Megawatt Strom aufnehmen und hat damit eine für Engpässe im Verteilnetz relevante Leistungsklasse. Ähnliche Anlagen könnten daher in Zukunft an vielen Standorten sinnvoll eingesetzt werden. Bei der geplanten Anlage handelt es sich um die bisher größte ihrer Art. Zentrales Bindeglied zwischen dem erneuerbar produzierten Strom und dem Wasserstoff sind neuartige Wasserstoff-Elektrolyseure von Siemens, die künftig serienmäßig für Großanlagen angeboten werden sollen. Die Geräte nutzen die moderne PEM-Elektrolysetechnologie (Proton Exchange Membrane) und erlauben eine hochdynamische Fahrweise, wie sie bei einer Stromversorgung aus erneuerbaren Energien benötigt wird. Im Energiepark Mainz werden drei solcher PEM-Elektrolyseure mit Spitzenleistungen von jeweils bis zu zwei Megawatt betrieben werden. Der Betrieb von PEM-Elektrolyseuren dieser Leistungsklasse ist eine absolute Weltneuheit, denn bisherige PEM-basierte Elektrolysesysteme hatten ihren Einsatzschwerpunkt in der Produktion kleiner Wasserstoffmengen. Weitere wesentliche Systemkomponenten sind ein zweistufiger ionischer Verdichter, die Gaseinspeisung, die Abfüllvorrichtung und die Schaltanlage. Der von Linde entwickelte ionische Verdichter komprimiert den produzierten Wasserstoff zur Befüllung der Speicher, der Gasleitung und der Tankwagen. Das Verfahren wird bisher vor allem bei Wasserstofftankstellen eingesetzt. Es bietet auch im Energiepark Mainz deutliche Vorteile, besonders durch seine hohe Betriebsflexibilität, die sehr gut zum PEM-Elektrolyseur und dem Angebot an erneuerbarem Strom passt. PEM-Elektrolyseur Produkt Wasserstoff lässt sich gut speichern und in vielfältiger Weise als Energieträger einsetzen. So kann das in Mainz produzierte Gas beispielsweise per Tankwagen zu speziellen Wasserstoff- Tankstellen geliefert und als umweltfreundlicher Kraftstoff für emissionsfreie Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden. Wasserstoff kann außerdem in das Erdgasnetz eingespeist werden, wo es für Gasheizungen oder moderne Gas- und Blockheizkraftwerke zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung zur Verfügung steht. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll auch geprüft werden, ob der in Hechtsheim produzierte Wasserstoff im Gas- und Dampfturbinenkraftwerk der Kraftwerke 3

4 Mainz-Wiesbaden AG auf der Ingelheimer Aue als Brennstoff zur Rückverstromung genutzt werden kann, um eine regenerative Stromversorgung auch dann sicherzustellen, wenn kein Wind weht. Technische Hintergrundinformationen Zentrales Bindeglied zwischen dem erneuerbar produzierten Strom und dem Wasserstoff sind neuartige Wasserstoff-Elektrolyseure von Siemens, die künftig serienmäßig für Großanlagen angeboten werden sollen. Die Geräte nutzen die moderne PEM-Elektrolysetechnologie (Proton Exchange Membrane) und erlauben eine hochdynamische Fahrweise, wie sie bei einer Stromversorgung aus erneuerbaren Energien benötigt wird. Im Energiepark Mainz werden drei solcher PEM-Elektrolyseure mit Spitzenleistungen von jeweils bis zu zwei Megawatt betrieben werden. Der Betrieb von PEM-Elektrolyseuren dieser Leistungsklasse ist eine absolute Weltneuheit, denn bisherige PEM-basierte Elektrolysesysteme hatten ihren Einsatzschwerpunkt in der Produktion kleiner Wasserstoffmengen. Weitere wesentliche Systemkomponenten sind ein zweistufiger ionischer Verdichter, die Gaseinspeisung, die Abfüllvorrichtung und die Schaltanlage. Der von Linde entwickelte ionische Verdichter komprimiert den produzierten Wasserstoff zur Befüllung der Speicher, der Gasleitung und der Tankwagen. Lindes innovative Verdichtertechnologie basiert auf dem Prinzip eines Kolbenverdichters, wobei eine so genannte ionische Flüssigkeit als Kolben fungiert. Dabei handelt es sich um ein flüssiges Salz, das sich nicht mit dem Gas vermischt. Durch eine optimale Abdichtung, Schmierung und Kühlung während der Verdichtung wird gegenüber herkömmlichen Verdichtern Energie eingespart. Das Verfahren wird bisher vor allem bei Wasserstofftankstellen eingesetzt. Es bietet jedoch auch im Energiepark Mainz deutliche Vorteile, besonders durch seine hohe Betriebsflexibilität, die sehr gut zum PEM-Elektrolyseur und dem Angebot an erneuerbarem Strom passt. Energiepark Die Energiewende erfordert die schnelle Weiterentwicklung umweltfreundlicher Technologien und Verfahren zur Umwandlung und Speicherung erneuerbarer Energien. Große Bedeutung kommt dabei dem Power-to-Gas -Verfahren zu, dessen Ziel die Speicherung von Wind- und Solarstrom in Form von Wasserstoff oder Methan ist. Im geplanten»energiepark Mainz«soll Wasserstoff durch Elektrolyse hergestellt werden, wozu unter anderem überschüssigen Strom aus benachbarten Windkraftanlagen eingesetzt werden soll. Die Errichtung und der Betrieb einer Power-to-Gas -Anlage in einem eigens dafür ausgelegten Energiepark stellt besondere Anforderungen an die Infrastruktur des Standorts etwa hinsichtlich der Anbindung an Windkraftanlagen sowie an Strom- und Gasnetze. 4

5 Gelände des Energieparks in Mainz-Hechtsheim Im Wirtschaftspark in Mainz-Hechtsheim steht ein geeignetes Gelände zur Verfügung, auf dem der»energiepark Mainz«entstehen wird. Dort soll ab 2015 eine innovative Forschungsanlage umweltfreundlich Wasserstoff produzieren. Kreislauf Energiepark Mainz Projektziele Übergeordnetes Projektziel ist die Entwicklung, Erprobung und der Einsatz von innovativen Technologien bei der Produktion von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse mit erneuerbaren Energien. Heute bereits gibt es Zeiten, in denen Windkraftanlagen wegen fehlender Kapazitäten im Stromnetz abgeschaltet werden müssen. In den nächsten Jahren werden erneuerbare Energien deutschlandweit zeitweise mehr Strom liefern, als gebraucht wird. Der Energiepark Mainz kann ein Teil der Lösung sein: Denn er kann diese überschüssige umweltfreundlich erzeugte Energie durch die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff speichern und so Energie liefern, die zeitunabhängig verwendet werden kann So werden erneuerbare Energien 100% flexibel einsetzbar und stehen dann zur Verfügung, wenn sie gebraucht werden. Projektpartner Beim»Energiepark Mainz«kooperieren vier leistungsstarke Partner mit jeweils spezifischen Projektaufgaben: Hochschule RheinMain 5

6 Die Hochschule RheinMain ist eine der größten und führenden Hochschulen für angewandte Wissenschaften und anerkannt für ihr zeitgemäßes Lehrangebot sowie ihre anwendungsorientierte Forschung. Der Rüsselsheimer Fachbereich Ingenieurwissenschaften, mit Studierenden der größte der Hochschule, forscht seit Jahren erfolgreich in den Bereichen Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie und ist in zahlreiche relevante Projekte und Kompetenznetzwerke eingebunden. Siemens AG Die Siemens AG ist ein weltweit führendes Unternehmen der Elektronik und Elektrotechnik. Der Konzern ist auf den Gebieten Industrie, Energie sowie im Gesundheitssektor tätig und liefert Infrastrukturlösungen, insbesondere für Städte und urbane Ballungsräume. Siemens steht seit mehr als 165 Jahren für technische Leistungsfähigkeit, Innovation, Qualität, Zuverlässigkeit und Internationalität. Siemens ist außerdem weltweit der größte Anbieter umweltfreundlicher Technologien. Rund 40 Prozent des Konzernumsatzes entfallen auf grüne Produkte und Lösungen. In der Division Drive Technologies entwickelt Siemens ein Elektrolysesystem auf Basis der PEM (Proton Exchange Membrane)-Technologie. Mehr Informationen zu Hydrogen Electrolyzer: Hydrogen Solutions Linde AG 6

7 The Linde Group ist ein weltweit führendes Gase- und Engineeringunternehmen, das mit rund Mitarbeitern in mehr als 100 Ländern vertreten ist. Unter dem Oberbegriff Clean Technology by Linde bietet das Unternehmen eine breite Palette an Produkten und Technologien, die erneuerbare Energien wirtschaftlich nutzbar machen und den Verbrauch fossiler Ressourcen bzw. deren CO 2 -Emissionen deutlich senken helfen. Die Spannbreite reicht dabei von Spezialgasen zur Solarzellenproduktion über die großtechnische Abscheidung und Nutzung von CO 2 bis hin zu alternativen Kraftstoffen und Energieträgern wie flüssigem Erdgas (LNG) und Wasserstoff. Stadtwerke Mainz AG Die Stadtwerke Mainz AG zählen traditionell zu den marktbedeutenden Stadtwerken in Deutschland. Alleinige Gesellschafterin ist die Stadt Mainz. Die SWM-Unternehmensgruppe gewährleistet die sichere Versorgung der Stadt Mainz und der angrenzenden Region mit Energie (Strom, Gas, Wärme), Trinkwasser und Mobilität. Die Realisierung einer nachhaltigen Energiewende wird seit Jahren erfolgreich verfolgt. Ansprechpartner Stadtwerke Mainz AG Michael Pressesprecher Theurer Fon ( ) Fax ( ) Siemens AG - Industry Sector 7

8 Stefan Communications Rauscher I CC PR Fon Mobile: Linde AG Stefan Manager Clean Technology Communications Metz Corporate Communications & IR Fon Hochschule RheinMain Jan Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Wüntscher Fon Im Internet gibt es unter weitere Informationen. Ein Forschungsprojekt von Gefördert durch 8

9 Projektplan Fragenkatalog : Können bei der Energiefreisetzung aus Wasserstoff Effekte wie bei einer Wasserstoffbombe auftreten? Nein. Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger beruht auf chemischen Reaktionen, also Vorgängen in der Elektronenhülle. Die Energiefreisetzung einer Wasserstoffbombe dagegen basiert auf der Fusion von Atomkernen, wie sie im Innern der Sonne geschehen die hierfür erforderlichen extremen Bedingung können im alltäglichen Wasserstoffgebrauch unter keine Umständen erreicht werden. Welche baulichen Vorsorgemaßnahmen zum Explosionsschutz werden getroffen? Die Anlage wird mit Sicherheitsventilen bzw. entsprechenden Druckentlastungen versehen. Zusätzlich werden Explosionsschutzzonen ausgewiesen, in welchen die elektrischen und sonstigen Anlagen nach 94/9/EG (ATEX-Richtlinie) für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt sind. Stimmen Aussagen wie Wasserstoff kann nicht eingeschlossen werden oder Wasserstoff bleibt nicht im Tank? Nein. Wasserstoff wird seit einem Jahrhundert in Druckbehältern sicher gespeichert, transportiert und gelagert. Ist Wasserstoff explosionsfähig? Nein, Wasserstoff allein kann nicht explodieren. Damit Wasserstoff explodiert, muss zusätzlich ein Oxidator (Luft, reiner Sauerstoff, Chlor etc.) und eine Zündquelle (Funken) vorhanden sein. In welcher Form kann Wasserstoff seine gespeicherte Energie wieder abgeben? Dies ist abhängig vom Verfahren. Bei der Verbrennung erfolgt die Energieabgabe als Wärme, in der Brennstoffzelle als Strom und Wärme. Im»Energiepark Mainz«kann der Wasserstoff entweder ins öffentliche Gasnetz eingespeist oder über die Gashochdruckleitung zum GuD- 9

10 Kraftwerk der Kraftwerke Mainz-Wiesbaden auf der Ingelheimer Aue geleitet und dort zur umweltfreundlichen Erzeugung von Strom und Fernwärme genutzt werden. Bei welchen Temperaturen lässt sich Wasserstoff verflüssigen? Ab einer Temperatur von minus 253 Grad Celsius. Welche konventionellen Formen der Wasserstoffspeicherung gibt es? Druckgasspeicherung und Flüssiggasspeicherung. Bei der Druckgasspeicherung wird Wasserstoff in Druckgefäßen (Stahlflaschen, Flüssiggastransporter, Kryo-Container), in natürlichen oder künstlichen Höhlen oder im Erdgasnetz eingelagert, wobei das Erdgasnetz dazu bestimmte technische Voraussetzungen erfüllen muss. Bei der Flüssiggasspeicherung kann Wasserstoff drucklos gespeichert werden, die Tanks müssen jedoch mit einer Wärmeisolierung versehen werden, um die Abdampfverluste möglichst gering zu halten. Wie ist die Energiedichte von Wasserstoff im Verhältnis zu der von Erdgas? Als Element mit den kleinsten Atomen ist es auch das Gas mit der geringsten Dichte. Die volumetrische Energiedichte von Wasserstoff entspricht etwa einem Drittel der Energiedichte von Erdgas; deshalb nutzt man bei der Speicherung Verfahren, die die volumetrische Energiedichte erhöhen. Bezogen auf das Gewicht hat Wasserstoff hingegen die höchste Energiedichte aller Brennstoffe, fast dreimal so hoch wie Benzin und Diesel. Nicht zuletzt deswegen wird er als Treibstoff in der Raumfahrt eingesetzt. Welche Nutzungsbereiche für Wasserstoff gibt es? Wasserstoff wird heute in großen Mengen stofflich in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, z.b. zur Raffinierung von Kraftstoffen, zur Herstellung von Düngemitteln und Methanol, zur Hydrierung von Fetten, in der Stahlerzeugung und Metallverarbeitung sowie der Flachglasherstellung. In Zukunft wird Wasserstoff darüber hinaus als Energiespeicher in zentralen und dezentralen Anlagen genutzt werden sowie als Sekundärenergieträger für unterschiedliche stationäre, mobile und portable Anwendungen dienen. Mit Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge, Brennstoffzellen als kleine Heizkraftwerke, mobile Energiestationen zur Versorgung von Notstromaggregaten oder Minibrennstoffzellen in elektrischen Geräten wie Laptops sind einige Beispiele für die Nutzung von Wasserstoff. Wofür steht das Kürzel PEM? Die Buchstaben PEM sind abgeleitet aus dem Aufbau der Elektrolysezelle, die aus einer Anode (Sauerstoffproduktion) und Kathode (Wasserstoffproduktion) besteht, die durch eine saure Protonaustauschmebran (PEM, engl.: proton exchange mebrane) getrennt sind. 10

11 Welche Verfahren zur Wasserstoffherstellung gibt es? Heute werden über 80% des weltweit verbrauchten Wasserstoffs aus Kohlenwasserstoffen hergestellt. Elektrolyse wird bisweilen aus wirtschaftlichen Gründen eher selten eingesetzt, und zwar dann, wenn sehr preiswerter Strom verwendet werden kann oder kein Erdgas vorhanden ist und nur geringe Mengen Wasserstoff benötigt werden. Elektrolyseure lassen sich in drei Kategorien einteilen: Die alkalische Elektrolyse mittels flüssigen basischen Elektrolyten, die saure Elektrolyse mit einem polymeren Festelektrolyten und die Hochtemperaturelektrolyse mit einem Festoxid als Elektrolyt. Im»Energiepark Mainz«kommt die saure Elektrolyse mittels eines neuartigen PEM- Elektrolyseurs von Siemens zum Einsatz, dem das benötigte Wasser flüssig (NT-Verfahren) und nicht dampfförmig (HT-Verfahren) zugeführt wird. Wie setzt sich der Energiemix zur Wasserstoffherstellung zusammen? In Zukunft kommt bei der Herstellung von Wasserstoff Strom aus erneuerbaren Energien im»energiepark Mainz«wird es die Windenergie sein größere Bedeutung zu. Aber auch Biogase und andere Brennstoffe wie beispielsweise Glyzerin und feste Biomasse werden im Energiemix zur Herstellung von Wasserstoff ihren Platz haben. Ist Wasserstoff eine Übergangslösung? Nein. Wasserstoff ist eine unverzichtbare und dauerhafte Säule einer nachhaltigen Energiewirtschaft. In welchem Bereich ist der Einsatz von Wasserstoff von Bedeutung? Wichtigster Bereich ist die Herstellung von Ammoniak. Auch bei der Produktion von Methanol spielt es eine Rolle. Darüber hinaus gilt Wasserstoff unter anderem als Grundstoff für Kunstdünger oder Kunststoffe. Auch zur Fetthärtung, Stahlproduktion und in der Glas- und Halbleiterindustrie wird Wasserstoff genutzt. Wurde Wasserstoff früher auch in Deutschland zur Straßenbeleuchtung eingesetzt? Ja, denn das früher, auch in Mainz, zum Betrieb von Gaslaternen eingesetzte Stadtgas enthielt rund 50 Prozent Wasserstoff. Gibt es ausreichende Erfahrung mit der Herstellung und Nutzung von Wasserstoff? Insbesondere in der Chemischen Industrie wird Wasserstoff seit mehr als 100 Jahren hergestellt und genutzt kam es in London zum ersten großtechnischen Einsatz von Wasserstoff in der städtischen Beleuchtung. Die Erfahrungen zeigen, dass eine sichere Handhabung bei Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Wandlung möglich ist. 11

12 Wie häufig ist Wasserstoff? Im Universum sind 90 Prozent aller Atome und damit drei Viertel der gesamten Masse Wasserstoff. Was passiert, wenn eine Wasserstoffwolke austritt? Ein Wasserstoff-Luft-Gemisch ist immer leichter als Luft und wird deshalb nach oben steigen. Eine Einlagerung und Verweilung des Gemischs in Kellern, Gräben, Tiefgaragen, Kanalisation etc. ist daher auszuschließen Was wird getan, um die Entstehung explosionsfähiger Gemische zu vermeiden? Zur Vermeidung explosionsfähiger Gemische werden die Anlagen auf Dauer technisch dicht ausgelegt bzw. werden speziell für Wasserstoff geeignete Flanschverbindungen verwendet und die Anzahl lösbarer Verbindungen auf ein Minimum beschränkt. Weiterhin wird in Hallen für einen regelmäßigen Luftaustausch gesorgt, und die Anlage wird mit Sicherheitsventilen bzw. entsprechenden Druckentlastungen versehen. Zusätzlich werden Explosionsschutzzonen ausgewiesen, in welchen die elektrischen und sonstigen Anlagen nach 94/9/EG (ATEX-Richtlinie) für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt sind. Welche Sicherheitserfahrungen gibt es mit bestehenden Wasserstoffanlagen? In der chemischen Industrie werden Wasserstoffanlagen seit über hundert Jahren mit exzellenten Sicherheitserfahrung betrieben, z.b. durch den Projektpartner Linde. Es gibt keine Hinweise darauf, Weltweit gibt es mehr als Kilometer industrielle Wasserstoff-Piplines. Treten in diesen Diffusionsprobleme wie beispielsweise Materialversprödung auf? Nein, derartige Probleme sind nicht bekannt, obwohl sich in diesen Leitungen ionisierter Wasserstoff bilden kann, dessen Moleküle einen Durchmesser von nur 0,106 nm haben. Im Energiepark Mainz wird der Wasserstoff in eine Erdgasleitung eingespeist, deren materialseitige Auslegung keine Diffusionsprobleme aufweist, dass die Gefährdung durch Wasserstoff höher ist als die durch Erdgas. Kann sich austretender Wasserstoff unter atmosphärischen Bedingungen mit Luft zu einem explosionsfähigen Gemisch vermischen? Wie beispielsweise bei Erdgas oder Benzindämpfen ist dies auch bei Wasserstoff grundsätzlich möglich. Der Wasserstoffgehalt in der Luft muss dazu aber mindestens vier Prozent betragen; ist der Wasserstoffgehalt höher als 75 Prozent, ist eine Zündung des Gemischs wegen Sauerstoffmangels nicht mehr möglich. Anders als Benzin und Erdgas hat Wasserstoff in der Atmosphäre durch seine geringe Dichte einen sehr starken Auftrieb, was die Wahrscheinlichkeit einer Zündung im Freien reduziert. 12

13 Welche Speichermöglichkeiten sind im»energiepark Mainz«vorgesehen? Im»Energiepark Mainz«wird der produzierte Wasserstoff zum Ausgleich der dynamischen Produktion zwischengespeichert. Nach einer kurzen Verweilzeit in den Tanks vor Ort wird er mittels Tankfahrzeugen abtransportiert oder in das Erdgasnetz eingespeist. Welche Drücke sind bei der Druckgasspeicherung üblich? Bei wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen hat sich ein Industriestandard von 700 bar etabliert. Druckgasfahrzeuge (sog. Trailer ) zum Transport von Wasserstoff haben in Deutschland üblicherweise 200 bar Maximaldruck. Welche besonderen Vorteile bietet die Kombination Elektrizität aus Erneuerbaren Energien und Wasserstoff? Die Umwandlung des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen (Wind, Sonne) in Wasserstoff macht es möglich, Energie zu speichern und zu nutzen, wann und wo es dafür Bedarf gibt. Etwa in der Nacht, wenn keine Sonne scheint oder bei Flaute, wenn sich kein Windrad dreht. Auf diese Weise können wir Strom aus Erneuerbaren Energien sogar grundlastfähig machen. Zudem eröffnet der Wasserstoff neue Nutzungspfade für Erneuerbaren Strom, wie z.b. als Erdgas-Ersatz durch Einspeisung in bestehende Pipelines, in der Mobilität mit Brennstoffzellenfahrzeugen oder in der H2-verarbeitenden Industrie Was ist Wasserstoff? Wasserstoff (chemisches Zeichen H) ist ein Gas. Es kommt in der Natur nur in geringen Mengen in reiner Form vor. Überwiegend ist es chemisch gebunden durch den Einsatz von Energie lässt es sich erzeugen. Es ist das erste und leichteste Element im Periodensystem (Nr. 1). 13

14 Pressebericht Partner sagen Ja zum Energiepark Mainz Stadtwerke Mainz, Linde, Siemens und die Hochschule RheinMain werden Elektrolyseanlage in Hechtsheim gemeinsam realisieren Der in Mainz-Hechtsheim geplante Energiepark Mainz kann ab Frühjahr 2014 gebaut werden. Darauf haben sich Siemens, die Linde Group, die Hochschule RheinMain und die Stadtwerke Mainz heute bei einem gemeinsamen Termin in Mainz verständigt und entsprechende Vereinbarungen getroffen. Damit gibt es jetzt endgültig grünes Licht für das Forschungsvorhaben, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie finanziell gefördert wird. Der Energiepark Mainz soll nach der Inbetriebnahme 2015 für das Gelingen der Energiewende einen wichtigen Beitrag leisten: In dem Pilotprojekt wird eine speziell entwickelte Elektrolyseanlage künftig größere Mengen Wasserstoff unter anderem mithilfe von umweltfreundlich erzeugtem Strom aus Windenergie herstellen. Dieser Wasserstoff kann gelagert, in Tankwagen gefüllt oder direkt ins Erdgasnetz eingespeist und zur Wärme- oder Stromerzeugung genutzt werden. Strom aus Erneuerbaren Energien kann auf diese Weise speicherbar gemacht werden. Hintergrund des Mainzer Projekts ist die stetig steigende Nutzung regenerativer Stromerzeugung in Deutschland. Insbesondere Photovoltaik- und Windkraftanlagen liefern immer häufiger Strom zu Zeiten, in denen dieser nicht direkt verbraucht werden kann. Zusätzliche Speichermöglichkeiten sind unverzichtbar, um die Energiewende weiter voranzubringen, verdeutlichen die Stadtwerke-Vorstände Dr. Werner Sticksel und Detlev Höhne den Grund für das ehrgeizige Vorhaben. Der Energiepark Mainz stellt eine innovative Lösung für diese zentrale Frage der deutschen Energiepolitik dar. Kernstück der Forschungsanlage ist eine Elektrolysehalle mit einem von Siemens entwickelten Wasserstoff-Elektrolysesystem. Hier läuft die Zerlegung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff ab. Das Prinzip der Elektrolyse ist seit Jahrzehnten bewährt und erprobt. Das besondere an der Mainzer Anlage: Sie wird bis zu 6 Megawatt Strom aufnehmen können, und damit die weltweit größte Elektrolyse in moderner PEM-Technologie sein. Die Anlage in Mainz hat damit eine für Engpässe im Stromnetz relevante Leistungsklasse, erläutert Gaëlle Hotellier, die das Geschäftssegment Hydrogen Solutions bei Siemens leitet. Anlagen dieser Größenordnung könnten künftig an vielen Windkraftstandorten sinnvoll eingesetzt werden. Für den Energiepark Mainz soll bereits im kommenden Frühjahr der Spatenstich auf dem dafür vorgesehenen Gelände erfolgen. Die Realisierung des Energieparks umfasst Investitionen von etwa 17 Millionen Euro und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen der Förderinitiative Energiespeicher unterstützt. Der Energiepark Mainz ist eines der deutschen Leuchtturmprojekte zur Energiespeicherung auf Basis der Wasserstoff-Elektrolyse. Wasserstoff ist ein hoch interessanter Energieträger, denn er lässt sich sehr gut speichern und in vielfältiger Weise einsetzen, erläutert Dr. Harald Ranke, bei Linde für den Bereich Clean Energy Technology verantwortlich. Das in Mainz hergestellte Gas kann unter anderem per Tankwagen zu Wasserstoff-Tankstellen geliefert und so als Kraftstoff für emissionsfreie Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden. Der Wasserstoff aus Hechtsheim soll außerdem in 14

15 das vorhandene Erdgasnetz eingespeist werden, wo er für Gasheizungen oder moderne Gas- und Blockheizkraftwerke zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung zur Verfügung steht. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt werden im Rahmen mindestens einer Doktorarbeit verwertet und bewertet. Auf dieses spannende Projekt freue ich mich schon sehr, erklärt Prof. Dr. Birgit Scheppat von der Hochschule RheinMain, Dieses Projekt erlaubt es, die Umwandlung von Windenergie zu Wasserstoff in einem großtechnischen Maßstab zu erproben und zu testen welche Betriebsführungskonzepte sinnvoll sind. Ziel ist eine ökonomisch und ökologisch optimale Nutzung von Energie aus volatilen Quellen. 15

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