{"id":188,"date":"2024-10-27T11:58:14","date_gmt":"2024-10-27T11:58:14","guid":{"rendered":"https:\/\/roepro.de\/?p=188"},"modified":"2024-10-27T12:01:07","modified_gmt":"2024-10-27T12:01:07","slug":"hybride-wasserstofferzeugung-als-chemisches-pumpspeicherkraftwerk","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/2024\/10\/27\/hybride-wasserstofferzeugung-als-chemisches-pumpspeicherkraftwerk\/","title":{"rendered":"Hybride Wasserstofferzeugung als chemisches Pumpspeicherkraftwerk"},"content":{"rendered":"\n

Zentrales Hemmnis f\u00fcr die Umstellung der deutschen Industrie von Erdgas auf Wasserstoff als prim\u00e4ren Energietr\u00e4ger sind die Hohen Investitionskosten f\u00fcr Elektrolyseure und die verl\u00e4ngerte Abschreibungsdauer durch den intermittierenden Betrieb, wenn diese mit volatilen, erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik oder Windkraft betrieben werden sollen. Ein Gro\u00dfteil des industriell verwendeten Wasserstoffes wird seit den 1920er Jahren direkt aus Erdgas mit Hilfe der Dampfreformierung erzeugt, bei diesem Verfahren wird aus Methan Wasserstoffgas und Kohlenstoffmonoxid im ersten Schritt hergestellt, in einem weiteren Schritt – der Wassergas-Shift-Reaktion – das Kohlenstoffmonoxid mit Wasserdampf zu Erh\u00f6hung der Wasserstoffausbeute zu Kohlenstoffdioxid umgesetzt, dieses wird ausgewaschen und anschlie\u00dfend in einem Schornstein abgeblasen.<\/p>\n\n\n\n\n \n CH<\/mi>\n 4 (g)<\/mn>\n <\/msub>\n +<\/mo> \n \n H<\/mi>\n 2<\/mn>\n <\/msub>\n \n O<\/mi>\n (g)<\/mn>\n <\/msub>\n =<\/mo>\n \n CO<\/mi>\n (g)<\/mn>\n <\/msub>\n +<\/mo>\n \n 3H<\/mi>\n 2 (g)<\/mn>\n <\/msub>\n\n <\/mo>\n Δ H = +206,2kJ\/mol<\/mo>\n<\/math>\n
\n\n \n CO<\/mi>\n (g)<\/mn>\n <\/msub>\n +<\/mo> \n \n H<\/mi>\n 2<\/mn>\n <\/msub>\n \n O<\/mi>\n (g)<\/mn>\n <\/msub>\n =<\/mo>\n \n CO<\/mi>\n 2 (g)<\/mn>\n <\/msub>\n +<\/mo>\n \n H<\/mi>\n 2 (g)<\/mn>\n <\/msub>\n\n <\/mo>\n Δ H = -41,2kJ\/mol<\/mo>\n<\/math>\n\n\n\n

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Dieser hochgradig endotherme Prozess wird mittels partieller Oxidation mit der notwenigen W\u00e4rmeenergie versorgt. Sprich, ein Teil des Erdgases wird verbrannt, um die Reaktion am Laufen zu halten. Gerade hier bei der Speisung des Prozesses mit W\u00e4rmeenergie bietet sich die M\u00f6glichkeit zur elektrischen Zuheizung und somit die M\u00f6glichkeit ohne einen Investment in Wasser-Elektrolyse Maschinen bereits heute mit etablierter Technologie einen Energiemix aus Inl\u00e4ndischer erneuerbarer Energie und importiertem Erdgas zu generieren, und das zu wettbewerbsf\u00e4higen Kosten.<\/p>\n\n\n

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Hybrider Dampfgasreformator<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Zur Quantifizierung werden hier die Zahlen auf den Wasserstoffoutput bezogen. Ein kg Wasserstoff besitz einen Brennwert von 39,39 kWh, ein Erdgas kg 13,9 kWh. Unter Vernachl\u00e4ssigung vom Stoffmengenverlusten in der Reaktion erzeugt ein mol Methan mit 16g und Wasserdampf wie oben gezeigt 4 mol Wasserstoff mit jeweils 2g und 1 mol Kohlenstoffdioxid mit 44g, also wird aus einem Kilogramm Methan 500g Wasserstoff. Energetisch ergibt sich bei dieser Transformation eine Differenz von 5,795 kWh, bezogen auf einen Kilogramm Wasserstoff also fast 11,6 kWh oder etwas weniger als 1\/3 (29%).<\/p>\n\n\n\n

Bedenkt man, dass bereits heute an vielen stellen Infrastrukturkompatibel bis zu 30% Wasserstoff dem Erdgas beigemischt werden k\u00f6nnen, kommt die Frage auf, warum nicht schon ausreichend Hybridreformer-Kapazit\u00e4t im Netz verbaut ist, besonders da durch den verst\u00e4rken Ausbau von Solar und Wind die Zwangsabschaltzeiten zur Netzstabilisierung j\u00e4hrlich weiter zunehmen und auch perspektivisch weiter zunehmen werden. In Deutschland werden etwa 50% aller Haushalte mit Gas beheizt, der Verbraucherpreis pro kWh betrag nach Angaben der Bundesnetzagentur 15,43 Cent wovon 10,77 Cent auf Beschaffung, Vertrieb und Marge entfielen. Im Anbetracht der Einspeiseverg\u00fctung von Photovoltaik und Windenergieanlagen kann eine energetische „Beimischung“ zum Gas bereits heute zu tragf\u00e4higen Gesch\u00e4ftsmodellen f\u00fchren, gerade weil dadurch eine billige Speichertechnologie f\u00fcr gro\u00dfe Mengen an Energie auch saison\u00fcbergreifend zur Verf\u00fcgung steht. <\/p>\n\n\n\n

Im Jahr 2023 wurden etwa 576TWh (2.074.000 TJ) Erdgas f\u00fcr 24,5Mrd Euro nach Deutschland importiert, das entspricht 41.447kt. Im selben Jahr wurden 25TWh elektrische Energie zu Spitzenzeiten gedrosselt und somit nicht verwendet. Immerhin bereits 4,3% der importierten Erdgas-Energie. <\/p>\n\n\n

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Blockschaltbild Photovoltaikfeld mit Wasserstoff Co-Generation zur Erdgasvermehrung<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Nimmt man die Stadt Schweinfurt zum Beispiel so wurden 2022 von der Industrie 136Mio kWh (490 TJ) Erdgas also 9784 t verbraucht. Nimmt man an, dass 30 Volumenprozent Wasserstoff-Beimischung zum Erdgas ohne Umr\u00fcstungen m\u00f6glich sind, so w\u00e4ren in einem Kubikmeter Mischgas: 300l Wasserstoffgas zu 13,38 mol und 26,8g sowie 700l Erdgas zu 31,23 mol und 500g. Dieser Mischgas Kubikmeter hat eine Heizleistung von 8kWh, verglichen mit reinem Erdgas (44,6 mol mit 713g und 9,92kWh) etwa 20% weniger. Um die selbe Heizleistung an die Schweinfurter Industrie zu liefern sind im Fall Mischgas nur noch 8956 t n\u00f6tig, welches enth\u00e4lt 8500t Erdgas und 456t Wasserstoffgas. F\u00fcr die Herstellung des Wasserstoffgases sind nach dem oben beschriebenen Verfahren 912t Erdgas notwendig, die Gesamtmenge der nach Schweinfurt importierten Gasmenge reduziert sich also in Summe um 4% auf 9415t. Energetisch ist somit ein einheimischer Beitrag von 5,3 Mio kWh m\u00f6glich. Aktuell werden in Schweinfurt Stadt und Landkreis 14Mio kWh Solarstrom j\u00e4hrlich produziert.<\/p>\n\n\n\n

W\u00fcrde man Anfangen einzelne Brenner in der Industrie entweder durch Pr\u00fcfung und Freigabe oder aber durch Umbauma\u00dfnahmen f\u00fcr den Betrieb mit reinem Wasserstoffgas zu bef\u00e4higen, k\u00f6nnten mit dem Aufwand einer doppelten Verrohrung bis zur Abzweigstelle deutlich h\u00f6here energetische Mischraten erreicht werden. W\u00e4ren 50% der industriellen Verbraucher in Schweinfurt dazu bef\u00e4higt, so k\u00f6nnten die von diesen verbrauchten 68Mio kWh mit 20Mio einheimisch, erneuerbar erzeugten kWh „gestreckt“ werden. In dieser Ausbaustufe k\u00f6nnte das Volumen dieser Beimischung mit 0,8 Mio \u20ac\/Jahr (40\u20ac\/kWh Day Ahead Gas Preis) beginnen einen wirtschaftlichen Gesch\u00e4ftsbetrieb zu erlauben. Eine auf das Jahr gemittelte Dauerleistung von 2,2MW w\u00e4re hierf\u00fcr n\u00f6tig.<\/p>\n\n\n\n

Die Bundesnetzagentur ver\u00f6ffentlich die Day-Ahead Strompreise mit St\u00fcndlicher Aufl\u00f6sung<\/a>. Nach eigener Auswertung waren im Zeitraum von 1.1.2023-30.9.2024 in den dokumentierten 15334 Stunden der Spot-Market Strompreis pro kWh 2368h unter 3 cent, 2029h unter 2 cent, 1747h unter 1 cent und in 1413h unter 0 cent. Bei g\u00fcnstiger Lage der Anlage in der N\u00e4he von sowohl einem Umspannwerk als auch einer Gaspipeline k\u00f6nnten die Aufschl\u00e4ge durch Netzendgelde weitestgehend vermieden werden. Im ung\u00fcnstigsten Fall wird die eingespeiste Energie Stunden sp\u00e4ter in einer Gastrubine wieder zur\u00fcck zu Strom gewandelt und dient in diesem Fall als chemischer Energiespeicher vom Tag in die Nacht. Der Wirkungsgrad h\u00e4ngt stark vom potenzial der Abw\u00e4rmenutzung ab rein elektrisch gesehen sind bezogen auf die gesamte Kette nicht mehr als 40% zu erwarten.<\/p>\n\n\n\n

Zusammenfassung<\/strong>: Die M\u00f6glichkeit bereits heute durch hybride Wasserstoffreformer einen Beitrag zur Transformation der deutschen Erdgasverbraucher zur Wasserstoffwirtschaft zu leisten wurde in den oben vorgestellten Rechnungen demonstriert. Eine pragmatische M\u00f6glichkeit sowohl die Versorgungssicherheit des sich im Aufbau befindlichen Wasserstoffnetztes sicherzustellen und gleichzeitig kurzfristig mit nennenswerten Anteilen gr\u00fcner, inl\u00e4ndischer Energie zu versorgen sollte durch die M\u00f6glichkeit der anteiligen Beimischung von Wasserstoff ins Erdgasnetz bereits jetzt Investitionen mit tragf\u00e4higen Gesch\u00e4ftsmodellen erm\u00f6glichen, um den Aufbau dieser Infrastruktur zu finanzieren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Zentrales Hemmnis f\u00fcr die Umstellung der deutschen Industrie von Erdgas auf Wasserstoff als prim\u00e4ren Energietr\u00e4ger sind die Hohen Investitionskosten f\u00fcr Elektrolyseure und die verl\u00e4ngerte Abschreibungsdauer durch den intermittierenden Betrieb, wenn diese mit volatilen, erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik oder Windkraft betrieben werden sollen. Ein Gro\u00dfteil des industriell verwendeten Wasserstoffes wird seit den 1920er Jahren direkt aus … <\/p>\n

Mehr \u00fcber „Hybride Wasserstofferzeugung als chemisches Pumpspeicherkraftwerk“ <\/span>Lesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-188","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=188"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":201,"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/188\/revisions\/201"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=188"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=188"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/roepro.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=188"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}