Windenergie verbindet ...

Herausforderungen der Chemie

Power to X

Ein entscheidender Ansatz der Sektorenkopplung im Zusammenhang mit den Erneuerbaren Energien ist die Verstetigung von Windenergie durch einen Batteriespeicher und einen PEM- Elektrolyseur. Die Produktion von Wasserstoff soll mithilfe dieses Elektrolyseurs erfolgen und neue Nutzungsfelder dieser Energie in Form von Power to gas, Power to heat oder Power to fuel ermöglichen.



Wasserstoff als Energieträger

Wasserstoff hat das Potential, einer der wesentlichen Energieträger der Zukunft zu werden. In 1kg Wasserstoff steckt etwa dreimal so viel Energie wie in 1 kg Benzin.

Wasserstoff reagiert in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff, wodurch Strom erzeugt wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug ist somit ein Elektroauto mit Reichweitenvorteil im Vergleich zu rein batterieelektrischen Fahrzeugen.

Beim Einsatz von Wasserstoff entstehen keine lokalen CO₂ – Emissionen, sondern lediglich Wasserdampf. Regenerativ erzeugt, leistet Wasserstoff einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz.

Schon gewusst?

Wasserstoff ist:

  • nicht explosiv im Freien
  • nicht selbstentzündlich
  • nicht oxidierend, nicht brandfördernd
  • nicht giftig
  • nicht radioaktiv
  • nicht wassergefährdend
  • nicht krebserzeugend

… einfach eine gute Idee!

Wasserstoff als Rohstoff für chemische Syntheseverfahren, z. B. Methanol

Die zunehmende Einkopplung elektrischer Energie in chemische Produktionsprozesse kann eine zusätzliche Wertschöpfungskomponente erschließen: den Lastenausgleich für ein Energiesystem, das weitgehend auf einem fluktuierenden Angebot elektrischer Energie beruht.

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Der vermutlich wichtigste Prozess, der das Elektrizitätssystem mit dem Chemiesektor koppeln kann, ist die Elektrolyse. In allen Szenarien wird hier die Produktion von Wasserstoff als entscheidend genannt. Studien zur Energiewende belegen, dass eine Wasserelektrolyse – Kapazität  von 15 bis 30 GW angemessen wäre für ein System, das weitgehend auf erneuerbaren Energiequellen beruht; das entspräche etwa einem Drittel der gegenwärtigen deutschen Durchschnittslast!

Wasserstoff könnte außerdem in verschiedenen Wertschöpfungsketten in der chemischen Industrie eingesetzt werden, wobei in jedem Fall Kohlenstoff aus CO2 in die Produkte eingebaut würde. Möglich wäre zum Beispiel die Herstellung von Methanol, mit dem sich eine Vielzahl chemischer Produkte herstellen lässt. 

Wie kann man also schaffen, das gesamte Innovationspotential für die Realisierung der Energiewende durch verstärkte Kopplung der Sektoren zu mobilisieren?

Mit dem Forschungs- und Entwicklungsprojekt zur Verstetigung von Windenergie (CEC – clean energy conversion) in dem die Agrowea als Projektleiter kooperiert, leisten wir unseren regionalen Beitrag zur Energiewende, der aber auch überregional eine exemplarische Wirkung entfaltet.  

Windenergie verbindet


Erneuerbare Chemie

Abhängigkeit von fossilen Energieträgern verringern durch Dekarbonisierung der am stärksten CO₂ emittierenden Stoffe

Wasserstoff ist ein fundamentaler chemischer Baustein für eine Vielzahl von Grundchemikalien und Kraftstoffen einschließlich Ammoniak und synthetischem Methan. Der Anwendungsbereich dieser veredelten Energieträger ist weltweit vielfältig. Die Verwendung von erneuerbarem Wasserstoff als Grundstoff im Chemiesektor würde zum einen eine Nettoreduktion und in einigen Fällen sogar einen Nettoverbraucher von Kohlendioxid (CO₂) ermöglichen. Die konventionelle Herstellung von Ammoniak (NH₃) ist ein technischer Prozess, der sehr abhängig von fossilem Erdöl ist und wird derzeit unter Verwendung von Wasserstoff aus dem Erdgas hergestellt. Derzeit wird 5% des weltweiten Erdgasverbrauchs verwendet, um Ammoniak (2 % der Weltenergie) herzustellen.


Exkurs: Bedeutung von Ammoniak in der Landwirtschaft

Harnstoff (CH4N2O) ist ein stickstoffreiches Düngemittel und wird aus Ammoniak und Kohlendioxid hergestellt. Mit zunehmender Weltbevölkerung, der wachsenden Nachfrage nach Lebensmitteln bei gleichzeitiger Abnahme von landwirtschaftlichen Anbauflächen nimmt die Bedeutung von Düngemitteln zu. 50% der aktuellen weltweiten Nahrungsmittelproduktion beruht auf der Verwendung von Ammoniak als Düngemittel, um die Erträge zu erhöhen.

Ammoniak und Harnstoffdünger sind nachhaltig herzustellen, indem Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Überschussstrom in einem Elektrolyseur produziert wird. Dieser wird den fossilen Brennstoffen zur Ammoniakproduktion hinzugefügt. Im Fall von Harnstoff dekarbonisiert das Produktionsverfahren sogar weiter, da es Kohlendioxid neu bindet.

Regenerativ erzeugter Wasserstoff bietet eine dezentrale lokale Düngemittelproduktion, die die Versorgungssicherheit und die Ernteerträge für eine wachsende Weltbevölkerung zu stabilen Preisen, unabhängig von schwankenden fossilen Brennstoffpreisen, sichern kann.

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