Der Problemraum

Die HYPOS-Initiative soll die Energiewende entscheidend beflügeln. Die Bezeichnung „HYPOS“ ergibt sich aus Buchstaben des vollständigen englischen Projekt-Titels „Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany“. HYPOS steht für die Entwicklung innovativer Lösungen zur wirtschaftlichen Bereitstellung von strombasiertem Grünen Wasserstoff. Im Fokus steht dabei die Entwicklung einer Modellregion in Mitteldeutschland, die durch bereits vorhandene Infrastrukturen und zukünftige Vermarktungspotenziale günstige Voraussetzungen bietet.

Als Vorreiter der Sektorenkopplung ist das Ziel eine großflächige Umsetzung Grüner Wasserstoffanwendungen in den Bereichen der Chemieindustrie, Raffinerie, Mobilität und Energieversorgung. In HYPOS werden gezielt ausgewählte F&E-Projekte umgesetzt, die entlang einer Roadmap die entscheidenden Vorleistungen für eine wirtschaftliche und industrielle Anwendung strombasierter Wasserstofftechnik erbringen.

Die einzelnen Projektvorhaben sind dabei so ausgewählt, dass diese die Umsetzung einer Grünen Wasserstoffwirtschaft bestmöglich befördern. In diesem Kontext sind die Demonstrationsvorhaben „H2-Forschungskaverne“ und „Mega-Lyseur“ als Leuchtturmprojekte einzustufen. Sie sind Schlüsselprojekte für eine spätere großflächige Realisierung der HYPOS-Ziele.

H2-Forschungskaverne

Eine erfolgreiche Energiewende, im Kontext der Umsetzung deutscher Klima- und Umweltziele, ist auf die Kopplung der Sektoren Strom, Wärme, Mobilität und Industrie angewiesen. Die Voraussetzung einer nahezu vollständigen Stromversorgung mit Erneuerbaren Energien erfordert ebenfalls eine Großspeicherung von Wasserstoff. Wasserstoff ist dazu nicht nur der ideale Energieträger zur Sektorenkopplung und Speicherung, sondern auch Grundstoff für die Chemie- und Raffinerieindustrie. Daher entsteht im HYPOS-Vorhaben „H ²-Forschungskaverne“ das erste Demonstrationsvorhaben zur Großspeicherung von Wasserstoff in Deutschland.

Die Umsetzung erfolgt in einer Salzkaverne der Speicheranlage Bad Lauchstädt, die als Forschungsplattform genutzt werden wird. Im Forschungsbetrieb besitzt die Kaverne ein Arbeitsgasvolumen von 7 Mio. Nm ³. Im Realbetrieb kann dies auf ein Arbeitsgasvolumen von 42 Mio. Nm ³ erhöht werden. Dies entspricht einer Speicherkapazität von 126 GWh. Bei einer Ausspeisekapazität von 75.000 Nm ³/h kann so viel Energie gespeichert werden, dass Dunkelflauten von 23 Tagen überbrückt werden können. Dies entspräche bilanziell einer Deckung von ca. 7 % des durchschnittlichen Bruttostrombedarfs aus Sachsen-Anhalt an einem Tag. Dabei ist allein durch die Nutzung einer weiteren Kaverne eine 2,5-fache Kapazitätserhöhung möglich.

Mega-Lyseur

Das direkt umsetzbare Substitutionspotenzial bereits bestehender und mit Grauem Wasserstoff versorgter Wasserstoffbedarfsträger in der HYPOS-Modellregion beträgt nach der HYPOS-Potenzialanalyse 1,2 Milliarden Nm ³ Wasserstoff pro Jahr. Allein für die Substitution dieser Bedarfe durch Grünen Wasserstoff wird eine Elektrolysekapazität von ca. 1,4 GW installierter Dauereingangsleistung benötigt, welches die Notwendigkeit marktverfügbarer Großelektrolyseure aufzeigt.

Mit dem Demonstrationsvorhaben „Mega-Lyseur“ wird diese Entwicklung auf Basis der PEM-Technologie entscheidend vorangetrieben. In Kombination mit der fluktuierenden Bereitstellung Erneuerbarer Energien verfügt die PEM-Elektrolyse über erhebliche Vorteile im dynamischen Betrieb, wie z. B. die Möglichkeit des kurzfristigen Überlastbetriebs.

Das Ziel des HYPOS-Konsortiums ist deshalb die Entwicklung eines einzelnen 2-MW-PEM-Elektrolysestacks und damit die deutliche Vergrößerung der Stackgröße in einer Anlage. Der im Projekt zu entwickelnde 2-MW-PEM-Elektrolysestack bildet weiterhin die Grundlage zur Umsetzung von multi-MW Wasserstoffproduktionsfabriken im höheren zweistelligen Leistungsbereich, wie sie auch erstmalig in der Forschungsplattform „H2–Forschungskaverne“ zur Herstellung des in den Großspeicher einzuspeisenden Grünen Wasserstoffs zum Einsatz kommen werden.

Die Ziele

Zentrales Thema ist die umfassende Nutzung von Strom aus Wind und Sonne zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wasserstoff via Elektrolyse in großtechnischem Maßstab. Wasserstoff als chemischer Energieträger würde dann der Wirtschaft vielgestaltig als chemischer Grundstoff, als Kraftstoff für mobile Anwendungen, zur Wärmeerzeugung, aber auch zur Elektroenergieerzeugung zur Verfügung stehen. Vorhandene Infrastrukturen in der Region unterstützen effizient und kostensenkend die Speicherung des Produkts und dessen Transport in die unterschiedlichsten Nutzungsbereiche. Durch das Erschließen technologiebezogener Kostensenkungspotenziale – nicht zuletzt durch die Realisierung von Technologiesprüngen und Skaleneffekten – und in Verbindung mit übergangsweiser Nutzung bestehender Vergütungssysteme (z. B. Regelenergiesystem, CO ₂-Zertifikate) kann und soll es gelingen, diese Form der Energietransformation und -speicherung wirtschaftlich tragfähig aufzubauen und zu etablieren. Die Einbeziehung zentraler und dezentraler Lösungsansätze ermöglicht Synergieeffekte und den Aufbau einer flächendeckenden Grünen Wasserstoffwirtschaft. 

Die thematischen Schwerpunkte

Die erforderlichen Forschungs- und Entwicklungsleistungen erfassen alle technologischen Elemente der Wertschöpfungskette vom Stromerzeuger bis zum Endnutzer:

• Wasserstofferzeugung: HYPOS entwickelt sowohl die fortgeschrittenen Elektrolysetechnologien wie PEM und AEL, als auch jüngere Technologien wie reversible SOC, reversible AEM und CO-Elektrolyse weiter. Ziel ist es, die Technologien marktfähig bzw. konkurrenzfähig zu machen. Je nach Elektrolysetyp werden demnach unterschiedliche Schwerpunkte verfolgt, bspw. Up-Scaling der PEM-Elektrolyse.
• Speicherung & Transport: HYPOS arbeitet an den passenden Speicher- und Transportlösungen als Schlüsseltechnologien (Enabler) für den Aufbau der Grünen Wasserstoffwirtschaft. Dabei werden die Großspeicherung in Salzkavernen, der effiziente Transport in Hochdrucktanks und innovative Verteilungssysteme für kleine Verbraucher mit integriertem Energiemanagementsystem betrachtet. In Kombination mit der stufenweisen Umnutzung von Erdgasnetzen und dem kostengünstigen Neubau von Wasserstoffleitungen sollen so die flächendeckende Versorgung erreicht und die Verknüpfung zwischen Produzenten und Verbrauchern gewährleistet werden.
• Verwertung & Vertrieb: Verfahrens-, Konzept- und Technologieentwicklungen im Bereich der Mobilität, der Strom- und Wärmeversorgung sowie für die Chemische und die Kraftstoffindustrie ermöglichen die Bildung eines Grünen Wasserstoffmarktes.
• Wirtschaftlichkeit: Um die Effizienz der technologischen Maßnahmen und insbesondere deren wirtschaftliche Auswirkungen innerhalb der Wertschöpfungsketten auf die Gestehungskosten von Grünem Wasserstoff objektiv beurteilen zu können, wurde eine Bewertungsmethodik „H2-Index“ entwickelt und zur Auswahl der HYPOS-Umsetzungsvorhaben angewandt.
• Strategie & übergreifende Themen: Strategieprojekte und themenfeldübergreifende Vorhaben ergänzen die Projekte der einzelnen Themenfelder wie z. B. Schnittstellenanalysen beim Thema Sicherheit und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen von Gesamtketten.

Die Partner

Seit der Gründung des HYPOS e.V. 2013 haben sich über 100 Mitglieder zusammengefunden. Dazu zählen Unternehmen aus den Bereichen Energiewirtschaft, Chemie, Anlagenbau sowie Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Verbände bzw. ähnliche Einrichtungen zur Forschung und Entwicklung der Umwandlung und Speicherung von Elektrizität insbesondere in Wasserstoff.

Kontakt

HYPOS – Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany e.V.

Heinrich-Damerow-Straße 3
06120 Halle (Saale)
Tel.: +49 341 60016-20
Fax: +49 341 60016-13
E-Mail: info[at]hypos-eastgermany.de
Internet:  www.hypos-eastgermany.de