Ein Weg in die Wasserstoffwirtschaft

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Victoria Kneller
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1 Ein Weg in die Wasserstoffwirtschaft Ohne Henne-und-Ei-Problem Karl-Heinz Tetzlaff Mörikestr Kelkheim Gut Vehr 24. Sept. 2008

2 Strommanagement oder Wasserstoffwirtschaft Eine moderne Stromwirtschaft zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage ist keine Wasserstoffwirtschaft, obwohl sie so bezeichnet wird, denn letztlich wird Strom an den Endverbraucher geliefert. Falls kein Wärmeverbraucher in der Nähe ist In einer echten Wasserstoffwirtschaft, wird Wasserstoff an den Endverbraucher geliefert. Eine Wasserstoffwirtschaft ist eine wärmegeführte Energiewirtschaft, die prinzipiell keine Verluste kennt.

3 Energie-Verteilung Ein einziges Netz für die Verteilung von Energie: Wärme, Strom, Treibstoffe. 600 MW Strom 600 MW Wasserstoffleitung (maßstäblich)

4 Verluste:10% Energie-Effizienz Erdöl 38,2% Kohle 24,4% Erdgas 21,4% Kernenergie 12,8% Sonstige 3,2% Endenergie: 9456 PJ Erdölprodukte Erdgas Strom Kohle Energiewirtschaft heute Primär-Energie: PJ Verluste: 30,2% Wasserstoffwirtschaft Primär-E.: 5670 PJ Biomasse: 78% Erneuerbare E.: 22% Wasserstoff + Nutzwärme Nutzenergie: 5100 PJ 90% Strom + Wärme + Verkehr Nutzenergie: 5100 PJ 37,7% Strom + Wärme + Verkehr Verluste: 32,1% Energiewirtschaft heute Wasserstoffwirtschaft

5 Potenzialabschätzungen in der Wasserstoffwirtschaft Durch Ertragssteigerungen werden immer weniger Flächen für Lebensmittel benötigt. Auf den frei werdenden Flächen werden dann Energiepflanzen mit ständig steigenden Erträgen angebaut. Selbstversorgungsgrad Nahrungsmittel: 100% Allein das Potenzial der Biomasse reicht aus, alle atomaren und fossilen Energien in Europa und den meisten Ländern der Welt, zu ersetzen.

6 Wasserstoff-Herstellung H 2 + CO + CO 2 + H 2 O Feuchte Im Shift-Reaktor wird aus: CO + H 2 O CO 2 + H 2 2,5 MPa Die industrielle Vergasung wird seit 180 Jahren in allen Industrieländern praktiziert

7 Herstellung und Verwendung von Wasserstoff Holz Silage Wasserstoff-Fabrik Wärmeströme Abgasbrenner Luft 3% Mischen, trocknen, Schnecke vorwärmen W =39-50% Dampftrocknung 30 bar, 240 C Pyrolyse 640 C Reforming 900 C H 2 + CO Teer <1mg/m 3 Shift: CO+H 2 O H 2 +CO 2 Reinigung: Schwefel Chlor Teer Gas- Separation (PSA) Strom Mineraldünger Abgas Abwasser CO2 Biomasse 100% (Hu) Energie-Kette Wasserstoff- Fabrik Wasserstoff-Pipeline Strom (wird nahezu verlustfrei im Kreis geführt) Brennstoffzellen bei Endkunden η el = 60% Endkunde bekommt Von 100% Bio-Energie: 93% (Hu) bzw. 110% (Ho) Von 108% Nutzenergie 47 % als Strom Wasserstoff 25 bar Kelkh. den Karl-Heinz Tetzlaff Mörikestr Kelkheim

8 Untergrund- Speicher Elektrolyse Versorgungs-Schema Zukunft Photovoltaik Wind Konversion thermochemisch Regional MW Sauerstoff EFH Strom 57% Biomasse 100% Falls W > 50% Presssaft Biogas CH 4 Wasserstoffnetz Das ehemalige Erdgasnetz Brennstoffzelle Wärme 51% Warmwasserbehälter Brennstoffzellenheizung (z. B. 10 KW el ) Dünger Die mit Abstand billigste Ressource zu Herstellung von Wasserstoff ist Biomasse

9 Versorgungs-Schema Beginn Konversion Regional MW EFH Strom 57% Biomasse 100% Wasserstoffnetz Das ehemalige Erdgasnetz Wärme 51% Σ 108% Bis 50% Wassergehalt Brennstoffzelle Warmwasserbehälter Brennstoffzellenheizung (z. B. 10 KW el ) Mit 50 MW 1) kann man ca Haushalte 2) versorgen 1) Landwirte im Umkreis von 4 km (5.000 ha) bauen auf ha Energiepflanzen (30 t/ha) an und versorgen damit die Wasserstoff-Fabrik 2) kwh Strom, kwh Wärme

10 Vergleich biologisch / chemisch Hauptreaktor: 1,6 m Durchmesser Biologisch 5 MW Biogas (Methan) Thermochemisch 200 MW Wasserstoff

11 Investition Wasserstoff-Fabrik Kleinste technisch beherrschbare Anlagengröße (druckaufgeladen)

12 Brennstoffzellen als Schlüsselelement 50 kw Eine Brennstoffzelle kostet heute (April 2008) bei einem Auftragsvolumen von ca Einheiten je 8 kw, ca. 500 US$ je installiertes kw. Bei einer Verdoppelung des Auftragsvolumens wird sich der Preis halbieren. Quelle: Ballard

13 Gasverteiler Aufbau einer Brennstoffzelle (PEMFC) Strom Gasverteiler (Bipolare Platte) Membran- Elektroden- Einheit (MEA) Luft MEA Das wichtigste und teuerste Teil ist die MEA. Würde man eine bestehende deutsche Fertigungsanlage zur Beschichtung von Folien für die Produktion von MEA s für 2 Tage ausleihen, so könnte man eine Kraftwerkskapazität von MW herstellen (Typ Biblis A). Und kosten würde das soviel wie der Bauzaun um das Atomkraftwerk.

14 Bio-Wasserstoff-Preise 500 MW Wasserstoff [ct/kwh] Hu [ct/kwh] Ho 50 MW Wasserstoff [ct/kwh] Hu [ct/kwh] Ho Herstellkosten 2,5 2,1 Haushaltstarif 3,2 2,7 Herstellkosten 3,5 3 Haushaltstarif 4,2 3,6 Biomasse 100 /t (Trockenmasse), kein Prototyp Wasserstoff wäre bei Strom, Wärme und Treibstoffen wettbewerbsfähig. Zur Gewährleistung der Lieferfähigkeit sind aber Investitionen von > 100 Mio. erforderlich. Entweder 1 Wasserstoff-Fabrik + Untergrundspeicher oder 2-3 Wasserstoff-Fabriken Falls man Zugang zum Erdgasnetz bekäme, ist der Erfolg nicht mehr aufzuhalten. Die Gaswirtschaft kann durch Ausnutzung des EEG auch zur Kooperationsbereitschaft ermuntert werden.

15 Betreiber-Nutzer-Modell unter Ausnutzung des EEG Eine Wasserstoff-Fabrik mit einer Leistung von 54,3 MW Wasserstoff (Hu) liefert den Wasserstoff an 3270 Haushalte. Die Haushalte bekommen Strom und Wärme umsonst. Investition Mio. Wasserstoff-Fabrik (Prototyp) Brennstoffzellen-Heizungen zu je 10 kw el km Rohrleitung (Neubau) 8 Input Biomasse 10 t/h (TM) Netzstrom 6,24 MW 100 /t 8 ct/kwh Gewinn und Verlust Mio. /a Stromverkauf nach EEG +60 Biomasse - 8 Fremdstrom - 4 Abschreibung + Reparatur - 9 Personal + Sonstiges - 2 Gewinn +37 Output Strom 32,7 MW, davon werden 31,3 MW verkauft Wärme 30,2 MW - 24 ct/kwh Bei diesem Modell geht ca.80% der Wärme verloren Die Rendite auf das eingesetzte Kapital beträgt 57%. Das eingesetzte Kaptal ist in zwei Jahren zurückgeflossen.

16 Übergang zur echten Wasserstoffwirtschaft Bei der vorrangigen Verstromung des Wasserstoffs nach EEG, handelt es sich noch nicht um eine Wasserstoffwirtschaft, sondern um eine Stromwirtschaft. Die Energiewirtschaft ist also weiterhin stromgeführt. Wenn die Minikraftwerke in die Nähe der jetzigen Kraftwerksleistung kommen, dann ist die Vergütung nach EEG nicht mehr möglich. Dann erzeugt jeder nur soviel Strom und Wärme wie er selbst braucht. Damit ist eine verlustfreie wärmegeführte echte Wasserstoffwirtschaft installiert. Die Nutzung des EEG ist also nur eine Einführungs-Strategie zur Installation einer echten solaren Wasserstoffwirtschaft. Die EVU s werden in der Überganszeit zum Ausbau der Stromnetze gezwungen, die später wertlos werden. Wenn die Gaswirtschaft eine Kooperation verweigert, sind auch ihre Rohrnetze wertlos geworden (weil doppelt).

17 Die grüne Wasserstoffwirtschaft Öl, Gas CO2, NOx... Verluste Treibstoffe Kohle Biomasse Stromnetz Atomkraft Treibstoffe CO2, NOx... Heizöl Öl Fernheizung heute CH4 Erdgas Wasserstoff (Steam-Reformer) Biomasse Verkehr u. dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen morgen CO2 Speicher-Option H2 Wasserstoff

18 Danke für die Aufmerksamkeit Weitere Informationen: Wasserstoff für alle wie wir der Öl-, Klima-, und Kostenfalle entkommen ISBN Blumen statt Blut für Öl

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