Grüner Wasserstoff Elektrolyse: So viel Wasser verbraucht die Produktion von grünem Wasserstoff

Die „grüne“, CO₂-freie Produktion von Wasserstoff mittels Elektrolyse erfordert nicht nur viel erneuerbaren Strom, sondern auch eine ganze Menge Wasser. Experten des DVGW haben untersucht, was das für die Auswahl von geeigneten Standorten bedeutet.

Wer künftig einen Standort für die Erzeugung von grünem Wasserstoff sucht, ist gut beraten, im Vorfeld genau zu planen. Zum einen, woher der erneuerbare Strom kommen soll- zum anderen aber auch: Wie wirkt sich die Ansiedlung größerer Elektrolyse-Kapazitäten auf den lokalen bzw. regionalen Wasserhaushalt aus? Denn für die Wahl eines geeigneten Elektrolysestandorts ist es notwendig, den gesamten Wasserbedarf „vor Ort“ vorab zu kennen – einschließlich der Kühlung.  

Wie groß der „Wasser-Fußabdruck“ geplanter Elektrolyseure – einschließlich des Bedarfs gängiger Kühlsysteme – wirklich ist, hat nun erstmals die Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e.V. ermittelt. Die DVGW-Experten haben untersucht: Wie hoch fällt der zusätzliche Bedarf und Verbrauch aus, wie groß ist dabei die Spannbreite und von welchen Faktoren hängt der Wasserbedarf ab?

Durchgeführt wurde diese Analyse gemeinsam mit der Forschungsstelle des DVGW am Engler-Bunte-Institut des KIT (DVGW-EBI) – anhand verfügbarer Literatur unter Berücksichtigung fachkundiger Erfahrungswerte. Das generelle Ergebnis: Für (fast) jeden Standort und jeden Verfügbarkeits-Status von Wasser gibt es – zumindest in Deutschland – eine passende verfahrenstechnische Lösung. Denn es gibt Kühlverfahren, die wenig bis gar kein Wasser benötigen.

Elektrolyse erzeugt Energie – und benötigt Kühlung

Die detaillierten Ergebnisse hat der DVGW in einem Factsheet zusammengestellt. Es ermöglicht Planern und Betreibern von Elektrolyseuren, Prozesse und Verfahren auszuwählen, die den Wasser-Fußabdruck minimieren und gleichzeitig die wirtschaftliche Machbarkeit des Projekts gewährleisten. Die Voraussetzung dafür: Man kennt die Gegebenheiten vor Ort und berücksichtigt sie in ausreichendem Maß. 

Bei der Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff wird Energie in Form von Wärme frei. Die muss angemessen abgeführt werden, um die Betriebstemperatur stabil im optimalen Bereich zwischen 50 und 90 Grad Celsius zu halten. Die Abwärme kann zwar auch wiederum energetisch genutzt werden. Ist dies aber am Elektrolyse-Standort nicht möglich, dann muss ein geeignetes Kühlsystem zum Einsatz kommen.

Wasser als wichtigstes Kühlmedium

Für die Kühlung industrieller Verfahren – also auch für die Wasserelektrolyse – stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Diese unterscheiden sich in ihrer Effizienz, der Art des eingesetzten Kühlmediums, den benötigten Wassermengen und im Wartungsaufwand. 

Im industriellen Einsatz finden bei der Elektrolyse hauptsächlich Kühlverfahren Anwendung, die Wasser als Kühlmedium verwenden. Hier werden vor allem zwei Verfahren eingesetzt: die Durchlaufkühlung und die Kreislaufkühlung. Letztere lässt sich zusätzlich in offene und geschlossene Systeme unterteilen. Alternativ existieren auch Systeme, die Luft als Kühlmedium nutzen. 

Elektrolyse: 28 Terawattstunden Wasserstoff pro Jahr

Die Nationale Wasserstoffstrategie legt für das Jahr 2030 ein Ausbauziel von mindestens 10 Gigawatt (GW) Elektrolyseleistung fest. Ausgehend von 4.000 Betriebsstunden im Jahr und einem Elektrolyse-Wirkungsgrad von 70 Prozent entspricht das einer Erzeugung von 28 Terawattstunden (TWh) Wasserstoff im Jahr..

Für das Jahr 2045 geht das Bundeswirtschaftsministerium (BMWK) davon aus, dass die Leistung auf 80 bis 100 GW ansteigen könnte; das entspricht 220 bis 280 TWh. Die Elektrolysestandorte und somit auch der Wasserbedarf werden regional ungleich verteilt sein und sich aller Voraussicht nach im Norden Deutschlands konzentrieren. Denn im eigentlich wirtschaftsstarken Süden Deutschlands wird nicht genügend regenerativ erzeugter Strom zur Verfügung stehen, um die „grüne“ Elektrolyse zu günstigen Preisen zu ermöglichen

PEM-Elektrolyseur: H-Tec Systems liefert "ME450" an Uni Stuttgart