Die Offshore-Windenergieanlagen der Zukunft produzieren keine Elektronen, sondern Moleküle. Autarke Einheiten aus Windenergieanlage und integriertem Elektrolyseur stellen Grünen Wasserstoff oder Grünes Synthesegas (H2 und CO) im Industriemaßstab her und sparen die Kosten für einen elektrischen Netzanschluss. Damit können sie einen maßgeblichen Beitrag zur Reduktion von Treibhausgasen leisten. In einem zweiten Schritt können Grüner Wasserstoff oder Grünes Synthesegas 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.
Das Leitprojekt H2Mare zielt darauf ab, dass ein völlig neuer Anlagentyp künftig auf dem Meer seinen Platz findet - eine Lösung, die einen Elektrolyseur zur direkten Wandlung des elektrischen Stromes optimal in eine Offshore-Windenergieanlage integriert. Darüber hinaus werden weiterführende Offshore-Power-to-X-Verfahren untersucht.
Dazu wird die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet: von der Windenergie-Gewinnung und Wasserstoff-bzw. Synthesegas-Erzeugung über die Wandlung von Wasserstoff/Synthesegas in Methan, flüssige Kohlenwasserstoffe, Methanol oder Ammoniak bis zum Verbrauch durch die Industrie oder Energiewirtschaft. Somit sind verschiedene industrielle Anschlussverwertungen und Speicheroptionen möglich. Ein signifikanter Kostenvorteil bei der Herstellung großer Kraftstoffmengen ist das Ziel.
Innerhalb von vier Jahren will H2Mare – bestehend aus vier Verbundprojekten mit insgesamt 32 Partner*innen – den Grundstein für den künftigen Wasserstoffstandort Deutschland legen und die Erreichung von Klimazielen durch beschleunigte Treibhausgasreduktion unterstützen.
Offshore Versuchsplattform zur Erzeugung von Syngas aus Windstrom im maritimen Umfeld (vorläufige skizzierte und abstrahierte Ansicht). Quelle:TUB EBMS
PtX-Wind
Im H2Mare-Projekt PtX-Wind steht die Wandlung von Offshore produziertem Wasserstoff/Synthesegas in leichter transportierbare, synthetische Energieträger und Kraftstoffe wie Methanol und Ammoniak im Fokus. Über die Hochtemperatur-Elektrolyse von H2O und CO2 sowie nachgeschaltete Syntheseverfahren werden die Power-to-X-Produkte erzeugt.
PtX-Wind: Wissenschaftliche und technische Ziele des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik
Am Institut für Technische Thermodynamik des DLR (DLR-TT) wird in der Abteilung Energiesystemintegration die Festoxidelektrolyse (SOEC) zur Herstellung von Synthesegas (H2 und CO) aus H2O und CO2 unter Verwendung von Offshore-Windstrom im maritimen Umfeld betrieben und untersucht.
Dazu werden einzelne SOEC- Stacks und Reaktormodule mit einer Vielzahl von Stacks unter betriebsrelevanten Bedingungen getestet. Zudem wird der parallele Betrieb von Festoxidelektrolyse und alkalischer Elektrolyse (AEL) untersucht, wofür ein zusätzlicher AEL-Teststand aufgebaut wird. Unter anderem wird simulativ und experimentell untersucht, wie das H2/CO-Verhältnis für die nachgeschalteten Synthesestufen bei dynamischer Windkrafteinbindung möglichst konstant bzw. synthesegerecht gestaltet werden kann.
Als größter Projektanteil wird ein Demonstrator einer PtX-Gesamtprozesskette aufgebaut. Dazu wird das SOEC-System „e-XPlore“ von DLR-TT aufgebaut und an Land mit einem oder mehreren Syntheseverfahren gekoppelt. Anschließend wird der Demonstrator der PtX-Gesamtprozesskette für die maritime Umgebung angepasst und abschließend in maritimer Umgebung auf einer Offshore-PtX-Forschungsplattform gekoppelt betrieben und untersucht.
Zudem werden Prozessmodelle erarbeitet, um die verschiedenen PtX-Gesamtprozessketten techno-ökonomisch und ökologisch zu bewerten, um dann die Herstellungsprozesse auf dieser Basis techno-ökonomisch und ökologisch zu optimieren.