Projekt H₂annibal

PROJEKT H₂ANNIBAL – EINE WASSERELEKTROLYSE FÜR HERNE

Im Dialog Projekt H₂annibal – eine Wasserelektrolyse für Herne.

Im Podcast Über den Scale-up grüner Wasserstoffproduktion.

Im Video Die Zusammenarbeit im Projekt H₂annibal.

Im Dialog

Freitag, 17. November 2023, 8:00 Uhr: Siemens Energy Gigawatt-Fabrik (Berlin)
Heute Morgen treffen sich Dr. Rainer Stahl (Standortleiter Herne) und Lutz Komorowski (Leiter Elektro-, Mess- und Regeltechnik Herne) von Evonik mit Eric Klein (Vertriebsdirektor Wasserstoff Europa) und Axel von Levetzow (Produktionsleiter Gigawatt-Fabrik) von Siemens Energy zur Besichtigung der neuen Gigawatt-Fabrik von Siemens Energy zur Herstellung von Stacks für PEM (Proton Exchange Membrane)-Elektrolyseure. Hier entsteht auch das Kernstück des für Herne geplanten Elektrolyseurs.

Die gemeinsame Projektgruppe von Siemens Energy und Evonik zu H₂annibal (v.l. Axel von Levetzow, Dr. Rainer Stahl, Eric Klein und Lutz Komorowski).

„Grüner Wasserstoff, also Wasserstoff, der unter Einsatz erneuerbarer Energien erzeugt wird, ist ein Schlüsselelement, um fossile Energieträger und Rohstoffe durch erneuerbare Quellen zu ersetzen, und damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Herne Green Deal.“ Dr. Rainer Stahl

„Mit unserer hochautomatisierten Serienproduktion von PEM-Stacks sind wir auf den signifikant steigenden Bedarf an Wasserstofferzeugungsanlagen unserer Projektpartner sehr gut vorbereitet. Das ist ein wichtiger Baustein für die Defossilierung der Industrie.“ Eric Klein

Windkraft für grünen Wasserstoff und grüner Wasserstoff für Windkraft

Evonik investiert am Standort Herne in einen Pilot-Elektrolyseur zur Erzeugung von grünem Wasserstoff als Ausgangsstoff für die Herstellung von Isophorondiamin (IPDA), einem wichtigen Rohstoff für Rotorblätter von Windkraftanlagen. Dabei wird Wasser mit Hilfe von grünem Strom in grünen Wasserstoff und grünen Sauerstoff aufgespalten.
Evonik will bis 2030 im Rahmen der Next Generation Technologies insgesamt 700 Millionen € in Produktionsprozesse und Infrastruktur investieren. Dadurch wollen wir unseren CO₂-Fußabdruck (Scope-1- und Scope-2-Emissionen) um 25 Prozent verringern. Ein Baustein auf dem Weg dahin wird mit dem Projekt H₂annibal beschritten. Namensgebend ist übrigens der ehemalige Schacht 2 der gleichnamigen Zeche. Bei dem Projekt, das Ende 2022 gestartet wurde und noch bis Mitte 2025 läuft, geht es darum, eine Wasserelektrolyse im industriellen Maßstab am Standort Herne der Evonik aufzubauen und zu erforschen, wie sich diese im industriellen Umfeld bewährt. Die Installationsarbeiten der beiden Projektpartner Siemens Energy und Evonik sind derzeit in vollem Gange. Nach Abschluss wird dort ein Elektrolyseur der neuesten Technologie (Advanced Technology auf Basis des Silyzer 300) mit einer Jahresleistung von 13,5 Millionen m3 grünem Wasserstoff stehen. Betrieben wird dieser mit grünem Strom zum Beispiel aus Offshore-Windparks. Dies entspricht etwa 45 Prozent des Standortbedarfs pro Jahr und zusätzlich 100 Prozent des am Standort benötigten Sauerstoffs. Durch die lokale Produktion werden nicht nur 12.500 t/a CO₂ eingespart, sondern auch die Produktionssicherheit erhöht. Bislang kommt der graue Wasserstoff (Infokasten „Die Farben des Wasserstoffs“) per Pipeline ins Werk. Über eine einzige Pipeline wird der gesamte Standort versorgt, dies stellt zugleich ein Risiko für die Produktionsverfügbarkeit dar. Neben den Auswirkungen auf den CO₂-Fußabdruck der Produktion in Herne bietet die dezentrale Produktion von Wasserstoff am Standort daher die Möglichkeit, Abschaltungen im Falle von Wartungsarbeiten an der Pipeline oder anderen Defekten zu vermeiden. Darüber hinaus bietet die dezentrale Produktion die Möglichkeit, die Verfügbarkeit von Leitungskapazitäten in bereits bestehnden Netzen zu erhöhen und diese für neue Wasserstoffanwendungen zu nutzen. Der Elektrolyseur stellt daher nicht nur einen wichtigen Baustein für eine sichere und erfolgreiche Energiewende dar, sondern er stellt durch die lokale Produktion zudem eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit sicher. Zum Einsatz kommt am Standort ein PEM-Elektrolyseur von Siemens Energy mit einer Leistungsbedarf von 8 MW. Sollte das Projekt erfolgreich sein, ist der Standort darauf vorbereitet, noch einen weiteren Elektrolyseur in der gleichen Halle aufzustellen, um den Bedarf an grünem Wasserstoff zu 100 Prozent abzudecken.

„Dieser Weg zu einem grünen Standort Herne ist möglich, aber es dauert auch seine Zeit und man benötigt Kollegen und Partner, die bereit sind, „out of the box“ zu denken. Das geht nur als echte Teamarbeit. Dabei darf aber niemals die Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen aus dem Blick geraten.“ Lutz Komorowski

„Ohne grüne Moleküle gibt es keine Energiewende. Mit der Produktion von Elektrolyseuren im Gigawatt-Maßstab schaffen wir die technologische Basis, damit aus dem kleinsten Molekül eine große Erfolgsgeschichte wird.“ Axel von Levetzow

Die industrielle Bedeutung von Wasserstoff

Der Industriesektor mit Stahl-, Chemie- und petrochemischer Industrie sowie die Ammoniakproduktion sind wichtige Branchen. Ein weiterer Sektor ist die Mobilität mit Luft- und Schifffahrt und Schwerlasttransport, in denen Wasserstoff und auch synthetische Kraftstoffe eine wichtige Rolle spielen können. Im Energiesektor wird Wasserstoff als Energiespeicher beim Export und Transport über lange Strecken eine Rolle spielen und bei der Rückverstromung in wasserstofffähigen Gasturbinen.

Um fossile Brennstoffe zu ersetzen, muss grüner Wasserstoff in relevanten Mengen und zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar sein. Dazu ist ein erheblicher Ausbau der erneuerbaren Energien erforderlich, es müssen hochautomatisierte Fabriken für die Elektrolyseure im industriellen Gigawatt-Maßstab aufgebaut werden und die Pipeline- und großtechnische H2-Speicherinfrastruktur zur Speicherung und zum Transport des Wasserstoffs muss realisiert werden. Dabei spielt die Preisentwicklung der fossilen Energieträger eine Rolle, insbesondere im Hinblick auf den CO₂-Preis.

Die in Herne verwendete PEM-Elektrolysetechnologie hat großes Potenzial für die Nutzung in der Chemieindustrie: Sie kann flexibel auf Änderungen der Stromversorgung oder des Wasserstoffbedarfs reagieren, benötigt nur eine geringe bebaute Fläche und ermöglicht zusätzlich die Nutzung von hochreinem Sauerstoff.

Warum ist Herne der richtige Standort für den Einsatz von grünem Wasserstoff? Grüner Wasserstoff ist ein Schlüsselelement auf dem Weg zur Defossilierung. Er kann als Speichermedium dienen sowie als Rohstoff für weitere Applikationen, wie zum Beispiel eine „grüne Chemie“. Der Standort Herne könnte zu einem der ersten Chemiestandorte werden, der auf fossile Rohstoffe für die Produktion verzichtet. Evonik nennt es den „Herne Green Deal“.

In Herne wird unter anderem Isophoron produziert, das anschließend zum VESTANAT® IPDA eCO weiterveredelt wird. Dabei handelt es sich um einen Crosslinker (Vernetzer), der bei der Herstellung von Rotorblättern von Windkraftanlagen zum Einsatz kommt. Für dessen Herstellung werden simple Basischemikalien wie Wasserstoff, Ammoniak, Methan (Erdgas), Aceton und Sauerstoff benötigt. Alles Verbindungen, die man heute schon als nachhaltig erzeugte Chemikalien einkaufen oder bestenfalls selber am Standort herstellen kann.

Gigawatt-Fabrik für Elektrolyseure von Siemens Energy

In Berlin ist im November 2023 die neue Gigawatt-Fabrik für Elektrolyseure von Siemens Energy und Air Liquide eröffnet worden. Hier werden auf 2.000 m² Stacks, das sind die Herzstücke von Elektrolyseuren, in Serie gebaut. Diese Stacks basieren auf der sogenannten Protonenaustausch-Membran (PEM)-Technologie. Die neue Fabrik ermöglicht es, PEM-Elektrolyseure hochautomatisiert im industriellen Maßstab zu bauen und damit einen schnellen Hochlauf der Produktion zu Gigawattkapazitäten zu ermöglichen. Nach der Produktion in Berlin erfolgt die Montage der Stacks zu einsatzbereiten Elektrolyseuren am Siemens-Energy-Standort in Mülheim an der Ruhr oder auch mit Partnern in der Nähe der Projektstandorte.

Die jährliche Produktionskapazität startet mit einem Gigawatt und soll im Jahr 2025 drei Gigawatt Elektrolysekapazität erreichen. Zum Vergleich: Mit einer installierten Elektrolyseleistung von drei Gigawatt können beim Betrieb mit erneuerbaren Energien durchschnittlich 300.000 Tonnen grüner Wasserstoff pro Jahr hergestellt werden. Wird dieser grüne Wasserstoff als Ersatz für fossile Brennstoffe eingesetzt, könnten die CO₂-Emissionen einer deutschen Großstadt wie Aachen mit rund 260.000 Einwohnern gespart werden.

Die Farben des Wasserstoffs

Grüner Wasserstoff
Er wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Die Produktion erfolgt CO₂-frei.

Grauer Wasserstoff
Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen und das dabei freiwerdende CO₂ ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben.

Blauer Wasserstoff
Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO₂ bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (engl. Carbon Capture and Storage, CCS).

Türkiser Wasserstoff
Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan hergestellt wird. Anstelle von CO₂ entsteht fester Kohlenstoff. CO₂-Neutralität des Verfahrens ist möglich, wenn die Wärme- versorgung des Prozesses durch erneuerbare Energien erfolgt und der dabei entstehende Kohlenstoff dauerhaft gebunden wird.

Mit „Grünem Wasserstoff“ und seinen Derivaten können erneuerbare Energien für die Defossilierung aller Endverbrauchersektoren in Industrie und Mobilität verfügbar gemacht werden. In einem ersten Schritt wird der heute genutzte graue Wasserstoff durch grünen ersetzt.

Robotergestützte Hightech-Produktion von Stacks für Elektrolyseure.

Voll im Blick: Die neue PEM-Membran aus eigener Fertigung.

Blick in die vollautomatische Stack-Fertigung für PEM-Elektrolyseure.

Im Podcast

Eric Klein, Axel von Levetzow und Lutz Komorowski im Gespräch über…
…die Herstellung von Stacks für PEM-Elektrolyseure und die Bedeutung von grünem Wasserstoff.

Im Video

Eric Klein und Dr. Rainer Stahl im Gespräch über…
…das Projekt H₂annibal.