Elektrolyseure treiben die Dekarbonisierung voran
Grüner Wasserstoff für die Zukunft
Die umfassende Transformation der weltweiten Energiesysteme erfordert dringend innovative Technologien, die in der Lage sind, fossile Brennstoffe durch nachhaltige und umweltfreundliche Alternativen zu ersetzen, um den Klimawandel effektiv zu bekämpfen. Elektrolyseure sind von zentraler Bedeutung, da sie Wasser durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Die Technologie speichert erneuerbare Energien als grünen Wasserstoff für eine klimaneutrale Industrie. Die Bundesrepublik Deutschland steckt erhebliche Summen in die Erweiterung ihrer Elektrolysekapazitäten zur Erreichung der Klimaneutralität bis 2045. Die Bundesregierung investiert drei Milliarden Euro in die Wasserstoffwirtschaft. Heutige Elektrolyseanlagen erzielen schon Wirkungsgrade oberhalb von 80 Prozent und verbessern ihre Effizienz fortlaufend.
Wie Elektrolyseure zur CO2-Neutralität beitragen
Der Elektrolyseur wandelt überschüssigen Strom aus Wind- und Solaranlagen direkt in speicherbaren Wasserstoff um. Diese innovative Umwandlung von überschüssigem Strom in speicherbaren Wasserstoff löst das zentrale Problem der schwankenden Verfügbarkeit und Volatilität erneuerbarer Energien aus Wind- und Solaranlagen. Wenn Windräder während heftiger Stürme, die besonders in den Herbst- und Wintermonaten auftreten, erheblich mehr elektrischen Strom produzieren, als das regionale oder überregionale Stromnetz aufgrund technischer Kapazitätsgrenzen aufnehmen kann, speichern diese hochmodernen Anlagen die überschüssige Energie in chemischer Form als Wasserstoff. Grüner Wasserstoff ersetzt fossile Brennstoffe in der Industrie. ArcelorMittal betreibt in Hamburg bereits seit einiger Zeit eine innovative Pilotanlage, die mithilfe von grünem Wasserstoff die Direktreduktion von Eisenerz ermöglicht und damit neue Maßstäbe für klimafreundliche Stahlproduktion setzt. Diese Technologie reduziert die CO2-Emissionen der Stahlherstellung um bis zu 95 Prozent. Der deutsche Stahlkonzern Thyssenkrupp plant ab dem Jahr 2026 die schrittweise Umstellung seiner traditionellen kohlebetriebenen Hochöfen auf innovative wasserstoffbasierte Verfahren zur klimafreundlichen Stahlproduktion. Die BASF setzt grünen Wasserstoff für die Ammoniakproduktion ein und spart dadurch jährlich Millionen Tonnen CO2 ein.
Technologische Innovationen bei modernen Elektrolyseanlagen
Durch den Einsatz von Protonen-Austausch-Membranen erzielen PEM-Elektrolyseure außergewöhnlich hohe Reinheitsgrade bei der Wasserstoffproduktion. PEM-Elektrolyseure reagieren sekundenschnell auf schwankende Energieeinspeisung. Alkalische Elektrolyseure, die sich durch ihre bewährte Technologie auszeichnen, bieten im Vergleich zu anderen Elektrolysearten deutlich niedrigere Investitionskosten und erreichen dabei beeindruckende Lebensdauern von über 90.000 Betriebsstunden. Die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse nach dem Fraunhofer-Institut entwickelt Hochtemperatur-Festoxid-Elektrolyseure mit Wirkungsgraden über 90 Prozent. Während Siemens Energy, das als führender Technologiekonzern im Bereich der Wasserstoffelektrolyse gilt, hochmoderne modulare Systeme produziert, die durch ihre flexible Skalierbarkeit überzeugen, erreichen diese innovativen Anlagen beeindruckende Leistungen von bis zu 17,5 Megawatt pro einzelner Einheit. Die Firma Sunfire Dresden spezialisiert sich auf reversible Anlagen zur Wasserstofferzeugung und Rückverstromung in Brennstoffzellen. Die bidirektionalen Systeme steigern durch ihre flexiblen Betriebsmodi die Wirtschaftlichkeit abhängig vom aktuellen Strompreis.
Wirtschaftliche Vorteile der Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse
Grüner Wasserstoff wird durch Skaleneffekte und Technologie günstiger. Großprojekte kalkulieren mit Gestehungskosten unter drei Euro pro Kilogramm. Wasserstoff als alternativer Antrieb im Transportsektor schafft neue Geschäftsmodelle für Logistikunternehmen. Energieversorger wie RWE und Uniper investieren Milliarden in Elektrolyseparks entlang der Küsten. Diese strategisch günstig gelegenen Standorte profitieren erheblich von den konstant hohen Windstrommengen der Küstenregionen sowie von ihrer direkten verkehrstechnischen Anbindung an die großen Industriezentren. Die dezentrale Wasserstoffproduktion, die direkt in der Nähe von Verbrauchszentren erfolgt, reduziert erheblich die anfallenden Transportkosten und stärkt gleichzeitig die regionalen Wertschöpfungsketten durch lokale Arbeitsplätze und Investitionen. Städtische Versorgungsbetriebe setzen Power-to-Gas-Technologie ein, um die Bereiche Strom, Wärme und Verkehr miteinander zu verknüpfen.
Anwendungsbereiche von Elektrolyseuren in der Industrie
Für Raffinerieprozesse und die Herstellung von Düngemitteln verbraucht die globale Chemieindustrie jährlich mehr als 70 Millionen Tonnen Wasserstoff. Moderne Elektrolyseanlagen, die Wasser mithilfe von erneuerbarem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten, ersetzen in der chemischen Industrie schrittweise die konventionelle Dampfreformierung, welche bisher hauptsächlich auf fossilem Erdgas basierte. Salzgitter Flachstahl testet derzeit in mehreren Pilotanlagen die innovative Wasserstoff-Direktreduktion, um zukünftig eine vollständig klimaneutrale Roheisenproduktion ohne fossile Brennstoffe zu ermöglichen. Die innovative Glasindustrie nutzt zunehmend moderne Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, die durch ihre effiziente Verbrennung deutlich höhere Prozesstemperaturen ermöglichen und dabei gleichzeitig die schädlichen Emissionen erheblich reduzieren. Zementwerke erproben derzeit die schrittweise Beimischung von grünem Wasserstoff zu ihren konventionellen fossilen Brennstoffen, um die prozessbedingten CO2-Emissionen bei der energieintensiven Klinkerproduktion signifikant zu reduzieren. Entwicklung von ESG in der Beschaffung fordert von Zulieferern den Nachweis CO2-neutraler Produktionsprozesse. Die Power-to-Liquid-Technologie verbindet Wasserstoff mit Kohlendioxid zur Herstellung synthetischer Flugkraftstoffe für die moderne Luftfahrtindustrie.
Zukunftsperspektiven für Elektrolyseure in Deutschland
Die Bundesregierung plant mit ihrer Nationalen Wasserstoffstrategie den Aufbau von zehn Gigawatt Elektrolyseleistung bis 2030. Norddeutsche Bundesländer entwickeln gemeinsam die „Norddeutsche Wasserstoffstrategie“ mit Fokus auf Offshore-Windenergie. Das Wasserstoff-Kernnetz soll bis 2032 über 9.700 Kilometer Leitungen umfassen und alle großen Industriezentren verbinden. H2Giga entwickelt kostengünstige Elektrolyseure für die Serienproduktion. Die Europäische Union unterstützt durch umfangreiche Förderprogramme grenzüberschreitende Wasserstoffprojekte mit einer Gesamtsumme von über 5,4 Milliarden Euro, die bis zum Jahr 2030 für den Aufbau einer europäischen Wasserstoffinfrastruktur bereitgestellt werden. Deutsche Anlagenbauer wie Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers, die zu den führenden Technologieunternehmen im Bereich der Wasserstoffproduktion gehören, exportieren ihre hochmoderne Elektrolysetechnologie erfolgreich nach Saudi-Arabien und Australien. Durch die Einbindung von Elektrolyseuren in vorhandene Industrieprozesse entstehen bis 2035 mehr als 400.000 neue Arbeitsplätze in Deutschland.
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