Die Umstellung auf erneuerbare Energien und die Kopplung der Sektoren Energie, Industrie, Gebäude und Mobilität soll dazu beitragen, dass das Ziel der Klimaneutralität erreicht werden kann. Dazu ist es zwingend notwendig, dass zuverlässige und kostengünstige Speicher- und Transportmöglichkeiten für große Energiemengen zur Verfügung stehen. Wasserstoff (H2) kommt dabei eine Schlüsselrolle zu, da er sich sowohl zur Speicherung und zum Transport eignet als auch aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann. NEUMAN & ESSER aus dem Kreis Heinsberg bietet gesamte Lösungen entlang der Wasserstoffwertschöpfungskette von der Produktion bis zum Endverbraucher an.
Produktion von Wasserstoff
Die derzeit gängigste und kostengünstigste Methode der Wasserstoffherstellung ist die Dampfreformierung (SMR) von Methan aus fossilem Erdgas. Hierbei fallen pro Tonne H2 etwa 10 Tonnen CO2 an, also etwa 300 g/kWh. Durch Abtrennung, Speicherung und Weiterverwendung (CCSU) des bei der Produktion entstehenden CO2 kann die Klimabilanz dieses Verfahrens stark verbessert werden, man spricht dann von „blauem Wasserstoff“. Eine weitere Methode der Herstellung ist die Pyrolyse. Hier wird Methan über geschmolzenes Zinn in einem Blasensäulenreaktor geführt, dabei entstehen dann „türkiser Wasserstoff“ und Kohlenstoffpulver.
Grüner Wasserstoff, dem die Zukunft gehören soll, wird meist durch den Einsatz von erneuerbarem Strom in der Elektrolyse gewonnen. Marktreife haben bisher drei Elektrolyseverfahren erreicht: die alkalische Elektrolyse (AEL), die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse (PEM) und die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE), die mit einer Festoxid-Elektrolyseurzelle arbeitet. Künftig könnte die Anionen-Austausch-Membran-Elektrolyse (AEM) als Mischform von AEL und PEM eine weitere Alternative werden. Zusätzlich läuft die Forschung an biotechnischen Herstellverfahren wie Fotolyse oder Wasserstoff auf Algenbasis weiter. NEUMAN & ESSER stellt Elektrolyseure für die PEM-Elektrolyse in Übach-Palenberg sowie in Belo Horizonte, Brasilien her.
Speicherung und Transport von Wasserstoff
Bereits seit mehr als 80 Jahren verdichten NEUMAN & ESSER Kompressoren Wasserstoff. Dieser Schritt ist sowohl für die Speicherung als auch für den Transport des Gases notwendig. Wegen seiner geringen volumetrischen Energiedichte ist eine Lagerung unter Umgebungsbedingungen für Wasserstoff nicht sinnvoll. Zur Erreichung einer hinreichenden Energiedichte bieten sich verschiedene Grundverfahren an. Dazu zählt die Bindung an eine Trägersubstanz wie beispielsweise in Metallhydrid-Festspeichern oder in organischen Trägerflüssigkeiten (LOHC). Darüber hinaus kann die Verflüssigung (LH2) durch Kühlung bis unter den Siedepunkt (–252 °C) mit einer Dichte von etwa 70 g/l angewendet werden. Zudem gibt es das Verfahren der Druckspeicherung auf verschiedenen Druckniveaus. Hierbei kommen – je nach Druckniveau, Massen- und Lastspielanforderung – verschiedene Behältertypen von einfachen Stahlbehältern bis hin zu Verbundwerkstoffbehältern zur Anwendung. Eine weitere Alternative zur Speicherung großer Energiemengen mit hoher Energiedichte sind synthetisch hergestellte Stoffe, bei denen Wasserstoff mit anderen Atomen wie Stickstoff oder Kohlenstoff verbunden wird. Bei fast allen Speicherverfahren muss der Wasserstoff für die Speicherung mittels Kompressoranlagen komprimiert werden.
Auch zum Transport des Wasserstoffs zum Endverbraucher oder zum Zwischenspeicherort stehen mehrere Methoden zur Wahl. Mobile Druckspeicher wie Trailer oder Container können je nach Druckniveau Mengen von einigen Kilogramm bis etwa 1,5 Tonnen H2 transportieren. Wird zum Beispiel ein Güterzug als „rollende Pipeline“ eingesetzt, lassen sich etwa 60 Tonnen H2 oder etwa 2 GWh Energie transportieren. Ein LH2-Trailer fasst etwa 3 bis 4 Tonnen H2, ein großes LH2-Tankschiff könnte etwa 150.000 m3 LH2, also etwa 10.000 Tonnen H2 liefern. Pipelines bieten die Möglichkeit, sehr große Leistungen von über 30 GW je Pipeline zu transportieren, und stellen zusätzlich auch noch ein signifikantes Speichervolumen dar.