Wasserstoff im Chemiepark Vom Chemie- zum Energiepark: Werden die Chemie-Standorte zum Wasserstoff-Hub?

Werden Chemieparks zur Keimzelle der Wasserstoffwirtschaft in Deutschland? Wer Wasserstoff sagt, denkt an Brennstoffzellen, Windräder oder Solarzellen in der Wüste. Doch das ist Zukunftsmusik. Wer heute schon sehen will, was mit dem leichten Gas in Zukunft möglich ist, sollte den Blick zurück wagen: Die Chemieparks bündeln Gasproduktion, Rohrleitungen und Tankstellen zu einem einzigartigen Netzwerk…

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Von wegen Landflucht: Während Deutschlands Provinzen das „Dörfersterben“ fürchten, betritt man in Sachsen-Anhalt Neuland – mit einem Dorf, dass man gar nicht sehen kann. „Wasserstoffdorf“ ist der – zugegeben etwas prosaische Name dieser speziellen Ortschaft, die noch dazu mitten in einem Chemiepark liegt: In Bitterfeld-Wolfen. Doch Wohnhäuser sucht man in „Wasserstoffdorf“ vergeblich – und auch Einwohner finden sich auf den insgesamt 12.000 Quadratmetern nicht. Stattdessen Rohrleitungen, Regeleinrichtungen, Messwarten und Verbraucher. Wasserstoffdorf ist ein So-tun-als-ob, ein Versuch, eine Simulation und ein Forschungsprojekt. Hier erprobt der Netzbetreiber Mitnetz lediglich, wie eine Wasserstoffinfrastruktur der Zukunft aussehen könnte. Gleichzeitig testen die Entwickler neue Verlegetechniken, Rohrmaterialien und die Wechselwirkungen von verschiedenen Geruchsstoffen für das Gasnetz.

Der Dornröschenschlaf ist vorbei: Schien das Thema Wasserstoff am Ende, befeuern die Diskussion um Klimawandel und De-Fossilierung die Fantasie von Forschern, Anlagenbauern und Auto-Experten. Zeit für eine Wasserstandsmeldung: Welche Projekte gibt es derzeit und wo kommt Deutschlands H2-Revolution in Gang?

Wasserstoff

Zurück in der Zukunft: Kommt der große Wasserstoffdurchbruch doch noch?

Wasserstoff ist gefragt. Ob als Antrieb für LKW, Züge und Autos mit Brennstoffzelle, als Beimischung zum Erdgas für Haushalte und Gewerbe oder um Überschussstrom aus erneuerbaren Quellen zu speichern. Auch Pläne zur Dekarbonisierung der Chemie oder der stofflichen Nutzung von CO₂ kommen kaum ohne das leichte Gas aus. Doch der Umgang mit Wasserstoff ist nicht immer einfach: Spaltet sich das Wasserstoffmolekül an der Oberfläche von Metallen in elementaren Wasserstoff, kann dieser in das Metallgitter eindringen und zur Rissbildung führen – ein Phänomen, dass etwa bei vielen Stahl- oder Titanlegierungen bekannt ist.

Freie Fahrt Dank Brennstoffzelle und Chemiepark?

Für die Wasserstoffinfrastruktur der Zukunft müssen also unter Umständen neue Wege gegangen werden – erprobt werden diese jedoch bei alten Bekannten. Deutschlands Chemieparks arbeiten mit Hochdruck an der Gaswirtschaft der Zukunft. Kein Wunder, haben die großen Industriestandorte nicht nur zum Teil über ein Jahrhundert Erfahrung im Umgang mit Wasserstoff sondern auch große Mengen des Gases, etwa als Koppelprodukte aus der Dampfreformierung oder Chlorelektrolyse. Dieses Gas ist zwar nicht notwendigerweise „grün“, dafür aber preisgünstig und schon heute im großen Stil verfügbar.

Wer in Zukunft etwa von Frankfurt nach Königstein unterwegs ist, wird unter Umständen in einem Regionalzug mit Brenstoffzelle reisen. Die Wasserstoff„tankstelle“ befindet sich jedoch nicht im Bahnbetriebswerk, sondern im Industriepark Höchst: Hier arbeitet der Standortbetreiber Infraserv zusammen mit Alstom und dem lokalen Verkehrsverbund RMV an einer entsprechenden Lösung: „Der Betrieb der Wasserstofftankstelle für Züge passt hervorragend in unser Konzept, mit dem wir als innovatives Unternehmen unsere Energieversorgungskonzepte weiterentwickeln und auf umweltfreundliche Energieträger setzen“, ist sich Infraserv-Höchst-Geschäftsführer Dr. Joachim Kreysing sicher, nicht zuletzt, da der Chemiepark ja ohnehin über einen Gleisanschluss verfügt.

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Auch Wasserstoff gibt es hier schon lange: Das Gas fällt hier vor allem bei der Chlorherstellung von Nouryon (ehemals Akzo Nobel) als Nebenprodukt an. So entstehen pro Tonne Chlor rund 315 Kubikmeter Wasserstoff. Der Löwenanteil wird im Unternehmen weiter verarbeitet, eine gewisse Menge aber in das Standortgasnetz eingespeist. Und auch an der Brennstoffzelle forschte schon vor über 15 Jahren die damalige Hoechst AG (die entsprechende Technik kam Mitte der 2000er als „Pemeas“ zur BASF).

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Seit 2006 gibt es zudem eine (öffentlich zugängliche) Wasserstofftankstelle vor dem Tor Süd des Standorts – dort tankt auch die Infraserv selbst derzeit acht Linienbusse mit Brennstoffzelle, die im Pendelverkehr auf dem 460 Hektar großen Areal unterwegs sind. Bevor der Chemieparkbetreiber aber im großen Stil in die Wasserstoffwirtschaft einsteigt, seien zusätzliche Verdichter, Speicher und Abfüllanlagen nötig, so Standortsprecher.

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Ein Baustein zur Energiewende könnte im Chemiepark liegen

„Wasserstoff und andere Power-to-X-Produkte sind klar absehbar ein großer Baustein zur Lösung der großen Aufgaben im Klimaschutz“, erklärt Matthias Zelinger, Klima- und Energiepolitischer Sprecher des VDMA. „Gerade in den schwer zu dekarbonisierenden Sektoren sowie in seiner Funktion als Energiespeicher ist Wasserstoff und Power-to-X unabdingbar für weitgehende Klimaneutralität.“ Das betrifft auch die Chemie sehr direkt, immerhin beinhalten nahezu alle Visionen einer klimaneutralen Rohstoffproduktion wie etwa die Fischer-Tropsch-Synthese von CO2 aus Abgas oder Luft eine vorgeschaltete Wasserelektrolyse. Unklar ist jedoch, ob diese notwendigerweise im Chemiepark selbst stattfinden muss. „Zukünftig werden wir Energie basierend auf Power-to-X auch in großem Maßstab aus dem Ausland importieren“, vermutet auch Zelinger – und sieht darin großes Potenzial für seine Branche: „Als Anbieter und Exporteur von Technologien und Anlagen kann Deutschland erheblich von einem internationalen Markthochlauf profitieren und globale Handelsbeziehungen stärken“, so der Verbandssprecher.

Wer im Rheinland Wasserstoff tanken will, wird in Hürth bei Köln fündig: Dort betreibt der Industriedienstleister Yncoris eine Wasserstofftankstelle. Auch in diesem Fall wird Wasserstoff aus der Produktion des Chemieparks Knapsack genutzt. Das Projekt ist Teil des Technologienetzwerkes , bei dem Partner aus Industrie, Forschung und regionaler Politik gemeinsam an derzeit vier europäischen Projekten zur Wasserstoffwirtschaft arbeitet. Darunter fallen nicht nur die Bereitstellung, Nutzung und Erprobung von Brennstoffzellenbussen sondern auch Infrastrukturmaßnahmen.

Wasserstoff-Projekte

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Strom, Gas und Chemie müssen gemeinsame Sache machen

„Wasserstoff ist das Verbindungselement zwischen den Strom- und Gasnetzen, indem es erlaubt, erneuerbare Energie aufzunehmen, chemisch zu wandeln, zu speichern und bedarfsgerecht abzugeben“, so Prof. Dr. Gerald Linke, Vorstandsvorsitzender Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches. Dazu gehört auch die Frage, wie Wasserstoff zum Verbraucher kommen könnte und soll. Eine Möglichkeit wäre per LKW, entweder unter hohem Druck (bis 500 bar) oder tiefkalt verflüssigt. In beiden Fällen ließen sich pro Fahrt einige Tonnen (etwa 1,1 t Gas oder ca. 4 t Flüssiggas) transportieren. Für größere Mengen und Distanzen (ab ca 10 t/d und bis ca 200 km Distanz) sollten zunehmend Pipelines in Betracht kommen. Das Forschungszentrum Jülich geht in einer Modellrechnung für Deutschland von einem Bedarf von 12.000 km Rohren zur Versorgung von fast 10.000 Tankstellen aus. Dadurch – und durch weitere Distributionskosten – entstünden pro kg Wasserstoff etwa 79 Cent zusätzliche Kosten.

Regionale Wasserstoffnetzwerke gibt es bereits: Bereits in den 1930ern wurden zwischen den Industrie- und Chemiestandorten im Ruhrgebiet und entlang des Rheins erste Pipelines für einen Betriebsdruck von bis zu 210 bar gebaut. Heute sind Zeebrugge und Rotterdam genauso „verrohrt“ wie fast 200 km Wasserstoffpipeline entlang der A9 in Sachsen und Sachsen Anhalt. Durch die als Erdgasspeicher genutzten Salzkavernen ließe sich einmal produziertes Gas entlang der existierenden Trassen speichern und bei Bedarf ins Netz zurück speisen. An der Entwicklung entsprechender Konzepte arbeitet unter andrem das ostdeutsche Wasserstoffnetzwerk Hypos – immerhin müssen Thermodynamik, Gasdynamik und Geotechnik im Hinblick auf die Wasserstoffspeicherung ebenso genau untersucht werden wie die Verfahrenstechnik, die Dichtheit der Anlagen und die mikrobiologische Beschaffenheit der Böden.

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Im Verbund klappt’s! – Auch mit dem Strukturwandel

Dazu gehört auch das Wasserstoffpipeline-System, das der Gasspezialist Linde am Chemiepark Bitterfeld-Wolfen betreibt. Auch das „Wasserstoffdorf“ bezieht sein Rohgas aus einer Chlor-Alkali-Elektrolyse von Nouryon – genauso wie verschiedene Firmen im Park, die Wasserstoff als Reduktionsmittel nutzen. Trotzdem steht unterm Strich ein Plus: Schon heute steht in Bitterfeld mehr Gas zur Verfügung als am Standort verbraucht wird. Damit ist Wasserstoff ein klassisches Beispiel des sogenannten Stoffverbunds der großen Standorte – So bezieht Nouryon etwa NaCl aus der Quarzglasherstellung bei Heraeus, um daraus Chlor für die Salzsäuresynthese zu gewinnen. Der als Kupplungsprodukt anfallende Wasserstoff wird – wo er nicht für die Salzsäureproduktion gebraucht wird – als Rohgas an Linde abgegeben, die ihn reinigen, trocknen und weiter verteilen. Dabei bildet Bitterfeld keine einsame Insel: Durch Pipelines ist auch der Chemiestandort Leuna angeschlossen – und genau dort baut Linde eine neue Wasserstoffverflüssigungsanlage (die vierte in Europa), die die bestehenden Kapazitäten am Standort auf insgesamt 10 t/d verdoppeln soll. Für die Distribution setzt das Unternehmen allerdings auf Flüssiggas-Tankfahrzeuge.

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Der Chlorchemie könnte bei der Energiewende eine unverhoffte Hauptrolle zukommen: Bei Nouryon jedenfalls ist man davon überzeugt, dass die Chlor-Alkali-Elektrolyse noch erhebliches Potenzial als Energiepuffer hat: Würden die Elektrolyseure nicht mehr, wie bisher üblich, im Grundlastbetrieb gefahren, sondern flexibel lastgesteuert, stünde bundesweit ein Flexibilitätspool von circa 1,5 GW zur Verfügung. Auf diese Weise ließen sich Produktionschwankungen bei den erneuerbaren Energien abfedern und große Mengen "grünen" Wasserstoffs gewinnen, der schon heute durch die Integration in Industrie- und Chemieparks direkt zur Dekarbonisierung des Sektors beitragen könne. Bewähren soll sich dieses Konzept in einem Hypos-Projekt, bei dem innerhalb von 40 Monaten eine 30-MW-Anlage für über 3000 m³ Wasserstoff pro Stunde geplant werden soll.

Wie Strukturwandel und Energiewende Hand in Hand gehen können, zeigen auch Pläne am Industriepark „Schwarze Pumpe“ – ursprünglich als volkseigenes Kombinat zur Braunkohleveredlung der DDR gegründet – eine zu errichten. Dabei wollen die Verantwortlichen vor allem die Möglichkeit, Wasserstoff aus regenerativen Energien als „Puffer“ für Dunkelflauten zu verwenden, in der Praxis erforschen. Das 100-Millionen-Euro-Projekt soll Überschussstrom zur Gas-Erzeugung nutzen. Ab 2024 wollen die Projektplaner mit einer 10-MW-Anlage erste Erfahrungen sammeln, bevor ab 2030 die Anlage schrittweise auf eine höhere Kapazität skaliert werden soll. Dass im Dezember 2019 ein entsprechender Vertrag unterschrieben werden konnte, wird in der vom Kohleausstieg besonders betroffenen Region als Zeichen für die Zukunftsfähigkeit des Standorts gewertet.

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