25. 01. 2021
Verfasst von: Niklas Siwczak, Markus Höltermann

Energieversorgung und Klimaschutz mit Wasserstoff

Das illuminierte Heizkraftwerk Linden bei Nacht — Der klimafreundliche Energieträger Wasserstoff lässt sich in thermische Kraftwerke einbinden. Das Verbrennen von Wasserstoff und Sauerstoff trägt zur Sicherung der Energieversorgung bei.

Als kohlenstofffreier Energieträger kann Wasserstoff maßgeblich zum Klimaschutz beitragen. Voraussetzung ist, dass grüner Wasserstoff mithilfe regenerativer Energien hergestellt wird. Niedersachsen fördert Innovationen zur Erzeugung und Weiterverarbeitung von Wasserstoff. In Hannover und Wilhelmshaven werden zum Beispiel nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte entwickelt, um die Versorgungssicherheit thermischer Kraftwerke zu verbessern.

Innovationslabor für Wasserstofftechnologien

Wasserstoff als Energiespeicher spielt für den Erfolg der Energiewende eine bedeutende Rolle. Die gewünschte CO₂-Neutralität wird jedoch nur erreicht, wenn erneuerbare Energien für die Herstellung verwendet werden. Mit überschüssigem Wind- und Solarstrom lässt sich mittels Elektrolyse Wasser emissionsfrei in grünen Wasserstoff und Sauerstoff trennen. Als chemischer Energieträger bietet Wasserstoff ein großes Potenzial für die Einbindung in die bisherige Energieinfrastruktur. Er verbindet die Sektoren regenerative Stromerzeugung, Speicherung, Mobilität und industrielle Nutzung.

Wasserstoffeinsatz in thermischen Kraftwerken

Zur Förderung der Wasserstoffwirtschaft als Schlüsseltechnologie der Energiewende hat das niedersächsische Wissenschaftsministerium interdisziplinäre Innovationslabore für Wasserstofftechnologien ausgelobt. Die Leibniz Universität Hannover erarbeitet gemeinsam mit der Jade Hochschule Wilhelmshaven ein Projekt mit dem Ziel, wasserstoffbasierte Primärregelleistung in thermischen Kraftwerken flexibel bereitzustellen. Durch die fluktuierend einspeisende Wind- und Sonnenenergie schwankt die zur Verfügung stehende Leistung zur Stromerzeugung stark. Für den kurzfristigen Ausgleich ist Primärregelleistung notwendig, die bisher vorwiegend durch eine energetisch nachteilige Drosselung in thermischen Dampfkraftwerken realisiert wurde.

Vereinfachtes Abbild über die Herstellung und Nutzung von Sauerstoff sowie Wasserstoff mittels Wind- und Solarstrom in einem Elektrolyseur. Der Elektrolyseur ist mit einem Kraftwerk verbunden, welches beide Stoffe in nutzbare Energie umwandelt. — Wird Wasser über die Elektrolyse mithilfe erneuerbarer Energien gespalten, entsteht Sauerstoff und sogenannter grüner Wasserstoff, der als Energiespeicher dient. Eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennkammer, die in den Prozess eines Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerks eingebunden ist, setzt die Energie wieder frei.

Wasserstoff-Sauerstoff-Brennkammer

Das Forschungsteam will in seinem Projekt zeigen, dass Primärregelleistung durch das Verbrennen von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf bereitgestellt werden kann. Dieser Prozess ist in den Dampfkreislauf thermischer Kraftwerke integriert. Für den zukünftigen industriellen Einsatz ist es unabdingbar, dass entsprechende Wasserstoffbrenner sicher ausgelegt und an unterschiedliche Kraftwerke adaptiert werden können. Dazu untersuchen die Teams die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff in Dampfatmosphäre unter Druck, den Zünd- und Mischprozess sowie die betriebssichere Flammenstabilisierung.

Rauschende Flamme aus einem Gasbrenner — Die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserdampf setzt viel Energie frei, die sich nachhaltig nutzen lässt. Bei der Verbrennung entsteht kein CO2.

Gezielte Experimente und ein zeitabhängiges Anlagen-Simulationsmodell bilden die Grundlage für den Bau einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennkammer für den Einsatz im Dampfkraftwerk. Da beide Produkte der Wasser-Elektrolyse – Wasserstoff und Sauerstoff – genutzt werden, entsteht ein energetisch besonders hochwertiges Speichersystem. Dieses wird einen wesentlichen Beitrag zur Versorgungssicherheit leisten.