Wasserstoff-Elektrolysezellen von Thyssenkrupp

Thyssenkrupp treibt die Industrialisierung der alkalischen Wasserelektrolyse durch automatisierte Serienfertigung voran. Bild: Thyssenkrupp

Innerhalb von vier Jahren will Thyssenkrupp bis 2025 seine Technologieführerschaft entlang der gesamten Wertschöpfungskette grüner Chemikalien weiter ausbauen, gab das Unternehmen am Freitag bekannt. Dabei geht es um die serienmäßige Herstellung großskaliger Wasser-Elektrolyseure (H2Giga), die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen, grünem Ammoniak, grünem Methanol und synthetischem Methan auf See (H2Mare) sowie Transport- und Umwandlungstechnologien von Wasserstoff, wie das Ammoniak-Cracking (TransHyDE). Mit diesen Leitprojekten werden die Expertise für Wasserstofftechnologien in Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft deutschlandweit gebündelt und damit die Initialzündung für Entwicklung, Konzeption und Umsetzung von Wasserstofflösungen im industriellen Maßstab gegeben.

„Mit dem umfassenden Technologieportfolio für sowohl komplett grüne Wertschöpfungsketten als auch das Recycling von Emissionen in Kreislaufführung kann Thyssenkrupp die gesamte Wertschöpfungskette für grüne Chemikalien abbilden,“ so Martina Merz, Vorstandsvorsitzende der thyssenkrupp AG. „Diese Stärke unseres innovationsgetriebenen Traditionsunternehmens mit der wissenschaftlichen Forschung in den Wasserstoff-Leitprojekten zusammenzubringen, ist das Erfolgsrezept für die Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie und um die deutsche Technologieführerschaft international konkurrenzfähig zu halten.“

In allen drei Wasserstoff-Leitprojekten des Forschungsministeriums vertreten

Das Technologieunternehmen ist an allen drei Wasserstoff-Leitprojekten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) beteiligt und testet die industrielle Produktion, Nutzung und Systemintegration von grünem Wasserstoff. Dabei geht es um die serienmäßige Herstellung großskaliger Wasser-Elektrolyseure (H2Giga), die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen, grünem Ammoniak, grünem Methanol und synthetischem Methan auf See (H2Mare) sowie Transport- und Umwandlungstechnologien von Wasserstoff, wie das Ammoniak-Cracking (TransHyDE). Mit diesen Leitprojekten werden die Expertise für Wasserstofftechnologien in Wissenschaft, Wirtschaft und Zivilgesellschaft deutschlandweit gebündelt - dadurch soll eine "Initialzündung" für Entwicklung, Konzeption und Umsetzung von Wasserstofflösungen im industriellen Maßstab erreicht werden.

Das Ministerium fördert die Vorhaben von Thyssenkrupp mit fast 8,5 Mio. Euro Fördergeldern. Ziel ist es einerseits Skalierungseffekte zu nutzen und damit die Herstellungskosten senken zu können. Andererseits erlaubt eine Erweiterung der bisherigen Lieferkette von 1 Gigawatt (GW) Elektrolysezellen die Umsetzung größerer Projektvolumina, sodass jährlich mehrere Gigawatt-Projekte gleichzeitig realisiert werden können.

Martina Merz betont die Notwendigkeit dieser Forschungsinitiative: „Wir sehen in den letzten Monaten eine deutliche Verschiebung in den Projektgrößen in Richtung mehrerer hundert Megawatt bis Gigawatt, sodass eine großvolumige und automatisierte Serienfertigung bereits heute der Marktnachfrage entspricht. Für diese Größenordnungen ist ein einfaches Upscaling nicht machbar, sondern es müssen disruptive Ansätze angewendet werden, die im Rahmen dieses Projektes entwickelt und in einzelnen Schritten getestet und optimiert werden.“ So wird einerseits an einer komplett neuen Stack- und Zellentwicklung gearbeitet, um die nächste Technologie-Generation der alkalischen Elektrolyse zu entwickeln. Zusätzlich wird die für eine industrielle Serienfertigung notwendige Lieferkettenoptimierung angestrebt. Durch den Einsatz von Robotik und Automatisierung werden sowohl die Fertigung, als auch die Montage optimiert.

Alkali-Elektrolyse wird für Großmaßstab weiterentwickelt

Das von dem Anlagenbau-Unternehmen geführte H2Giga-Projekt „Install AWE“ fokussiert sich auf die Industrialisierung der aklalischen Wasserelektrolyse, AWE, die für großindustrielle Anwendungen eingesetzt wird. Das modulare und standardisierte 20 MW-Modul des Anlagenbauers sei unter ökonomischen und Klimaschutzaspekten vorteilhaft. Im Gegensatz zur kompakten Bauweise bei PEM-Elektrolyseuren können mit der Single Element Technologie der AWE punktuelle Wartungsarbeiten an einzelnen Zellen vorgenommen werden anstatt den gesamten Stack austauschen zu müssen. Wesentlich für diesen Ausbau zur automatisierten Serienproduktion ist die enge Zusammenarbeit mit dem Joint-Venture-Partner Industrie De Nora, einem Spezialisten für Elektrochemie, sowie Hoedtke. Im H2Giga-Innovationspool mit Institutionen, Hochschulen und kleinen spezialisierten Unternehmen der wissenschaftlich-technischen Kompetenz zum Thema Serienfertigung werden breiter aufgestellte Forschungs- und Entwicklungsthemen untersucht, die auch die eigene Entwicklung von thyssenkrupp vorantreiben soll.

Engineering Summit 2021

Logo Engineering Summit

Wie die Dekarbonisierung und der Trend zur Nachhaltigkeit den europäischen Anlagenbau verändern wird, ist Thema des kommenden Engineering Summit, der vom 1. bis 2. Dezember 2021 in Darmstadt stattfinden wird. Unter dem Motto „Welcome to the new realities in plant engineering“ werden Führungskräfte aus dem europäischen Anlagenbau die aktuellen Entwicklungen der Branche diskutieren.

Im Zentrum steht die Frage, welche Chancen die globale Energietransformation für die Branche bietet. Denn klar ist: Ohne den verfahrenstechnischen Anlagenbau können Wasserstoff-Wirtschaft, Umstellung der Metallurgie-, Chemie- oder Zementindustrie auf grünen Strom und eine klimaneutrale Mobilität nicht gelingen. Gleichzeitig schaffen neue Verfahren und Prozesse enorme Chancen für technologie-getriebene Anlagenbau-Unternehmen, gleichzeitig allerdings auch enorme Herausforderungen im Hinblick auf eigene Investitionen zur Technologieentwicklung und Abwicklungskompetenz. Mehr Informationen unter www.engineering-summit.de

Offshore-Produktion von grünem Ammoniak

Im Leitprojekt H2Mare soll die Produktion von Wasserstoff und nachgelagerten Produkten wie synthetischen Kraftstoffen, Methanol, Ammoniak und synthetischem Methan auf hoher See entwickelt werden. Die von thyssenkrupp bearbeiteten Power-to-X-Prozesse umfassen alle drei letztgenannten Produkte. Das Unternehmen erhält im H2Mare-Projekt „PtX-Wind“ für die Entwicklung der Grundlagen bis zu einem Engineering eine Fördermenge von 780.000 Euro.

Da Offshore-Windenergieanlagen deutlich mehr und regelmäßiger Strom als ihre Pendants an Land liefern, birgt die direkte Erzeugung von Wasserstoff und weiterer Power-to-X-Produkte ein großes Potenzial, da das neben Wasser benötigte CO2 und Stickstoff direkt vor Ort aus der Luft gewonnen werden kann. Besonders die Erzeugung von grünem Ammoniak kann hier entscheidend sein, denn aufgrund der hohen Energiedichte und einfacheren Speichertechnik ist Ammoniak in einigen Anwendungen die günstigere Variante gegenüber Wasserstoff, beispielsweise als Kraftstoff für Schiffe. In Ländern mit hohem Potenzial zur Erzeugung von Wasserstoff aufgrund der guten Solar- und Windkraftversorgung, beispielsweise Australien oder Chile, ist grüner Ammoniak als zu exportierender Energieträger grünem Wasserstoff überlegen. Da Ammoniak verschifft wird, würden mit der direkten Offshore-Erzeugung durch die Kopplung von Windturbinen mit Elektrolyseuren Transportwege und damit Kosten gespart. Zudem sind durch die Offshore-Windparkgrößen größere Produktionsvolumina möglich, was wiederum die Absatzpreise verringert und grünes Ammoniak als Energieträger wettbewerbsfähiger macht.

Forschung zu Wasserstoff-Transportlösungen

Auch im dritten Leitprojekt TransHyDE ist Thyssenkrupp beteiligt und betrachtet als assoziierter Partner das Potential des Ammoniak-Cracking-Verfahrens. Gerade auf lange Distanzen ist der Transport von Ammoniak als Wasserstoffträger rentabler. Nach dem Transport von grünem Ammoniak und der Rückumwandlung von flüssigem Ammoniak in seine Bestandteile Wasserstoff und Stickstoff an Orten, an denen Wasserstoff benötigt wird, kann der so erzeugte Wasserstoff einer direkten Nutzung zugeführt werden. Als mögliche Anwendungen gelten z.B. der Einsatz in Stahlwerken, als grüner Feed für Chemieanlagen oder in Brennstoffzelle, um in elektrische Energie umgesetzt zu werden. Mit der umfangreichen Expertise von Uhde im Bereich der Ammoniaksynthese zeigt die Erforschung der Bindung von Wasserstoff in Ammoniak für den Transport und die anschließende Wieder-Auslösung den Innovationsgeist und die Zukunftsfähigkeit der etablierten Portfolioelemente.

In den Wasserstoff-Leitprojekten arbeiten über 240 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen. Im Frühjahr sind die Projekte auf Basis unverbindlicher Förder-Inaussichtstellungen gestartet. Insgesamt wird die Förderung etwa 740 Millionen Euro betragen. Mehr Informationen unter wasserstoff-leitprojekte.de.

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