Der Transport von Wasserstoff ist immer noch eine Herausforderung. Verfügbare Methoden sind teuer, ineffizient und manchmal auch gefährlich. Ein Unternehmen aus Sachsen hat eine neue Methode, bei der Eisen-Nuggets wahlweise oxidiert oder reduziert werden, um Wasserstoff einzuspeichern oder auszuspeichern. Die Energiedichte beim Transport sei höher als bei Druckgasflaschen.
In Sachsen entsteht Europas erstes Wasserstoff-Speicherkraftwerk. Das Unternehmen Ambartec AG und die TU Bergakademie Freiberg haben ein gemeinsames Projekt gestartet, das vom sächsischen Wirtschaftsministerium mit vier Millionen Euro gefördert wird. Wirtschaftsminister Dirk Panter (SPD) überreichte bei einem Besuch am Standort einen symbolischen Förderbescheid.
Bei dem Projekt geht es um weit mehr als den Bau eines Kraftwerks: Ziel ist die Entwicklung einer innovativen Technologie zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff. Die Methode basiert auf einer chemischen Reaktion, bei der Wasserstoff mit Eisen-Nuggets reagiert und seine Energie in Form von Eisenoxid gespeichert wird. Diese Technologie soll einen sicheren und kostengünstigen Wasserstofftransport ermöglichen, sagt Matthias Rudloff, CEO und einer der drei Unternehmensgründer von Ambartec, im Gespräch mit pv magazine.
Da der Wasserstoff nicht unter hohem Druck oder in tiefgekühltem Zustand transportiert werden muss, entfallen die mit anderen Speichermethoden verbundenen Risiken und hohen Energieaufwände, so Rudloff. Zudem entstünden keine umweltschädlichen Produkte, die bei Havarien in die Umwelt austreten könnten, wie es beispielsweise bei der Speicherung in Form von Ammoniak der Fall sein kann. Auch die Gefahr von Explosionen, wie sie bei herkömmlichen Drucktanks besteht, wird minimiert.
Wasserstoffspeicherung durch Eisenoxid
Das Verfahren funktioniert durch eine chemische Reaktion: Wasserstoff wird drucklos bei 400 Grad Celsius mit oxidierten, also rostigen, Eisen-Nuggets in Verbindung gebracht, wodurch das Eisenoxid reduziert wird. Dabei entsteht Wasserdampf, zurück bleibt reines Eisen. Der Wasserdampf kann von der Anlage zur Elektrolyse, also der Produktion von mehr Wasserstoff, wiederverwendet werden. Diese reinen Eisen-Nuggets können anschließend per Container transportiert werden. Die Ambartec-Container seien kompatibel mit gängigen Transportmitteln wie Lkw, Zügen oder Schiffen. Bei höheren Handelsvolumina ließen sich auch Schüttgutschiffe einsetzen.
Zur Rückgewinnung des Wasserstoffs wird den Eisen-Nuggets heißer Wasserdampf zugeführt. Diese oxidieren, also rosten, bei diesem Prozess. Bei der Reaktion entsteht Eisenoxid und Wasserstoff bleibt übrig. Der Wasserdampf wird unter dem Druck zugeführt, mit dem Wasserstoff bereitgestellt werden soll. Beim Ausspeichern kann der heiße Wasserstoff durch einen Wärmetauscher in der Anlage dafür genutzt werden, den Wasserdampf auf die nötige Temperatur zu bringen und die Gesamteffizienz des Systems zu erhöhen.
Hohe Effizienz
Laut Ambartec können etwa 79 Prozent der eingesetzten elektrischen Energie in Form von Wasserstoff gespeichert und wieder freigesetzt werden. Das System benötigt etwa 3,2 Kilowattstunden Strom pro gespeichertem Kilogramm Wasserstoff, wobei der größte Teil dieser Energie für die Reduktionsreaktion verwendet wird. Durch Wärmerückgewinnungssysteme kann dieser Energieverbrauch weiter optimiert werden. Die Roundtrip-Effizienz, also von Stromquelle über Einspeicherung in Form von Wasserstoff bis zur Ausspeicherung und Rückverstromung in einer Brennstoffzelle, soll für das System Ambartec zufolge bei rund 65 Prozent liegen. Zum Vergleich: Druckgassysteme oder Flüssiggassysteme erreichen Effizienzgrade von 30 bis 35 Prozent.
Auch der Wasserverbrauch des Systems ist vergleichsweise gering: Rund 90 Prozent des eingesetzten Wassers können recycelt und wiederverwendet werden. Zudem kann der Speicherprozess innerhalb von nur 30 Minuten durchgeführt werden – sowohl beim Laden als auch beim Entladen des Wasserstoffs.
Kosteneinsparungen und Transporteffizienz
Ein entscheidender Vorteil dieser Technologie liege in den niedrigen Transportkosten. Derzeit kostet Wasserstoff, abhängig von der Transportform, also in Druckgasflaschen oder auf einem Druckflaschen-Trailer für Züge und Lkw, zwischen 11 und 80 Euro pro Kilogramm. Rudloff sagt, dass seine Transportmethode diese Kosten auf etwa 6 bis 8 Euro pro Kilogramm senken kann.
Ein 20-Fuß-Container kann 600 Kilogramm Wasserstoff in Form von Eisen-Nuggets speichern. Dann wiegt der Container 18 Tonnen und speichert das Äquivalent zu 20 Megawattstunden Strom. Es gibt auch eine Variante mit 900 Kilogramm Wasserstoff pro Container. Die wiegen dann 32 Tonnen und speichern 30 Megawattstunden Strom. Diese Container können an alle denkbaren Standorte in Deutschland gebracht werden, um so auch Unternehmen, die nach derzeitigem Planungsstand nicht mit dem Wasserstoffkernnetz verbunden werden sollen, mit Wasserstoff zu versorgen. Zwei 600-Kilogramm-Container, also 1,2 Tonnen Wasserstoff, passen Ambartec zufolge auf einen Lkw – das sei etwa dreimal so viel wie beim Transport mit Trailern und 200 bar Drucktanks.
Für das Jahr 2026 rechnet Ambartec mit einer Produktion von 50 Containereinheiten. Gebaut werden sie in Deutschland von diversen Fachunternehmen, mit denen Ambartec zusammenarbeitet. Wenn die Nachfrage auf 500 Container pro Jahr steigen sollte, plant das Unternehmen den Bau einer eigenen Produktionsstätte in Deutschland.
Foto: Ambartec AG
Rudloff sagt, besonders für mittelständische Betriebe, die für ihre Produktion größere Mengen Wasserstoff benötigen, die aber nicht an das Wasserstoffkernnetz angeschlossen werden, sei das System geeignet.
Betriebe, die Wasserstoff auf diese Weise beziehen möchten, erhalten von Ambartec einen Container mit der Technologie zum Ausspeichern des Wasserstoffs aus den Eisen-Nuggets. Die Eisen-Nuggets kommen dann wie bei einem Abo in vorher vereinbarten Abständen ebenfalls in einem Container direkt zum Betrieb geliefert.
Auf den ersten Blick mag die Technologie simpel klingen. Die Eisen-Nuggets so herzustellen, dass sie nicht degradieren, sei jedoch eine Herausforderung. „Wir garantieren, dass unsere Nuggets selbst nach 5000 Zyklen nichts von ihrer Speicherkapazität verloren haben“, sagt Rudloff. Die Schwierigkeit sei, die Nuggets so zu bauen, dass sie als oxidiertes Material nicht zerbröseln oder versintern, also sich nicht mit einer Glasschicht überziehen.
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