BMBF-Leitprojekt bringt H2-Gewinnung an Offshore-Standorten auf den Weg

© Fraunhofer IWES

Bremerhaven - Die direkte Herstellung von grünem Wasserstoff (H2) in Offshore-Windparks kann die Kosten gegenüber der Produktion an Land deutlich senken. Das BMBF-Leitprojekt H2Mare wird dieses Themenfeld erforschen, auf der Agenda stehen zudem andere Power-to-X-Produkte.

Offshore-Windparks der Zukunft sind nicht mehr auf eine kostenintensive Netzanbindung angewiesen, um den Windstrom an Land zu transportieren. Stattdessen können autarke Einheiten aus Windenergieanlage und integriertem Elektrolyseur grünen Wasserstoff im Industriemaßstab direkt auf dem Meer herstellen und die Kosten für den Netzanschluss sparen. In einem zweiten Schritt könnte der grüne Wasserstoff in weitere synthetische Kraftstoffe und Energieträger umgewandelt werden. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Leitprojektes H2Mare soll diese Vision Wirklichkeit werden.

Windenergieanlagen mit Elektrolyseur demonstrieren nachhaltige Wasserstoffgewinnung auf See

Das aus vier Teil-Verbundprojekten mit insgesamt 35 Partnern bestehende BMBF-Leitprojekt H2Mare zielt darauf ab, dass künftig ein völlig neuer Offshore-Windenergie-Anlagentyp eingesetzt wird. Die Lösung sieht vor, dass ein Elektrolyseur zur direkten Wandlung des elektrischen Stromes optimal in eine Offshore-Windenergieanlage integriert wird. Darüber hinaus werden weiterführende Offshore-Power-to-X-Verfahren untersucht.

Dazu wird im Rahmen des vierjährigen Projektes die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet, angefangen bei der Windstrom-Erzeugung und Wasserstoff-Produktion über die Wandlung von Wasserstoff in Methan, flüssige Kohlenwasserstoffe, Methanol oder Ammoniak bis zum Verbrauch durch Industrie oder Energiewirtschaft. Kernziel ist es, einen signifikanten Kostenvorteil bei der Herstellung großvolumiger Wasserstoffmengen zu generieren.

Die übergreifende Koordination von H2Mare verantwortet Siemens Energy mit Unterstützung von Instituten der Fraunhofer Gesellschaft. „H2Mare kombiniert die Stärken von Forschung und Industrie - zur nachhaltigen Dekarbonisierung der Wirtschaft und zum Nutzen der Umwelt. Wir brauchen die Unterstützung der Politik, um innovative Lösungen für eine Grüne Wasserstoffwirtschaft voranzutreiben“, so Christian Bruch, Vorstandsvorsitzender der Siemens Energy AG über das Projekt.

H2Mare: Vier Teilprojekte werden unabhängig voneinander bearbeitet
Im Rahmen von H2Mare verfolgt das Teilprojekt OffgridWind die Umsetzung eines Anlagenkonzeptes, das die Elektrolyse direkt in der Offshore-Windenergieanlage realisiert und dabei auf einen hohen Wirkungsgrad abzielt.
H2Wind beinhaltet die Entwicklung einer an die Offshore-Umgebung optimal angepassten und auf die Windenergieanlage abgestimmten PEM-Elektrolyse. Neben der Langlebigkeit der Anlagen und der Herausforderung der Meerwasseraufbereitung steht bei H2Wind die maximale Ausbeute der Windenergie im Fokus.
Beim Teilprojekt PtX-Wind bildet im Unterschied zur reinen Offshore-Wasserstoffproduktion die Umwandlung in leichter transportierbare, synthetische Energieträger und Kraftstoffe wie Methanol und Ammoniak den Schwerpunkt. Über die Hochtemperatur-Elektrolyse und die CO₂-Gewinnung aus der Luft oder aus dem Meer werden die Power-to-X-Produkte erzeugt. Auch eine direkte Salzwasserelektrolyse wird erprobt.
Bei TransferWind werden der Wissenstransfer in die Öffentlichkeit sowie der inhaltliche Projekt-übergreifende Fachaustausch adressiert. Dabei werden auch Sicherheits- und Umweltfragen sowie Infrastrukturanforderungen betrachtet.
Ein wichtiger Teil der Untersuchungen ist die Integration von Einzelprozessen zu Gesamtsystemen: zum Beispiel kann durch die Wärmeintegration der Hochtemperatur-Elektrolyse in PtX-Verfahren der Wirkungsgrad des Gesamtprozesses erhöht werden. Dies umfasst auch die Konzeption zur Lagerung und zum Abtransport des Wasserstoffs oder anderer Power-to-X-Produkte per Schiff und Pipeline. Zudem sollen die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Prozessen und der Anlage sowie ihre Auswirkung auf die Umwelt am Standort für den gesamten Lebenszyklus untersucht, bewertet und weiterentwickelt werden. Die Entwicklung digitaler Zwillinge zu den verschiedenen Anlagenkomponenten und darauf aufbauender technischer und wirtschaftlicher Analysen erfolgt in allen vier H2Mare-Projekten.

H2Mare Teil des zentralen BMBF-Beitrags zur Nationalen Wasserstoffstrategie

H2Mare ist eines von drei Leitprojekten des BMBF. Mit seiner bislang größten Forschungsinitiative zum Thema Energiewende unterstützt das BMBF Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft. Die drei Wasserstoff-Leitprojekte H2Giga, H2Mare und TransHyDE bilden einen zentralen Beitrag des BMBF zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie. Während bei H2Mare um die Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten auf See im Fokus steht, geht es bei H2Giga um die serienmäßige Herstellung großskaliger Wasser-Elektrolyseure und bei TransHyDE um Technologien für den Transport von Wasserstoff.