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H2NRW: Die NRW-Wasserstoffenergiewirtschaft

Der Schutz von Klima und Umwelt für künftige Generationen ist eine anspruchsvolle Aufgabe für Gesellschaft, Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Die stärkere Nutzung erneuerbarer Energien, aber vor allem auch die Effizienzsteigerung bei der Nutzung fossiler Energien nützt nicht nur dem Klima und der Umwelt, sondern schont auch die endlichen Ressourcen. Nicht zuletzt die Ölpreissteigerungen im Herbst 2000 haben einmal mehr nachdrücklich in unser Bewusstsein gerückt, wie elementar eine sichere Versorgung mit Energie für hochentwickelte Industrieländer ist. Mobilität, Produktion, Konsum, Wärme und Komfort benötigen ein äußerst leistungsfähiges und gegen externe Störungen resistentes Energieversorgungssystem.

Gerade für das Energieland Nordrhein-Westfalen resultiert daraus eine besondere Verantwortung. Aber auch eine große Chance, den durch die Liberalisierung eingeleiteten Umbau unserer Energieversorgungssysteme so zu gestalten, dass nicht nur Umwelt, Klima und Ressourcen geschont werden, sondern auch neue, zukunftssichere Arbeitsplätze entstehen.

Somit ergibt sich die Notwendigkeit, heute über zukünftige Energiesysteme, die den Anforderungen der Nachhaltigkeit entsprechen, nachzudenken. Änderungen in der Struktur der Energiewirtschaft und Energieversorgung sind nur langfristig möglich. Die Wissenschaft spricht hier von Zyklen in der Größenordnung von 30 bis 40 Jahren, in der grundlegende Änderungen stattfinden können. Die Vergangenheit zeigt dies. Deshalb müssen heute nachhaltige Energiesysteme eingeleitet werden, um die Strukturen der Zukunft zu schaffen, denn der Weg ist weit.

Der Energieträger Wasserstoff wird bei der zukünftigen Energieversorgung eine zentrale Rolle spielen. Er ist notwendig für die Versorgung von Brennstoffzellen, die nach allen Prognosen in Zukunft bei der Versorgung mit Wärme und Strom sowie als Antriebsaggregate für Fahrzeuge und als Ersatz für Batterien vielfältig eingesetzt werden. Und er ist – zum Teil effizienter als elektrischer Strom – als Energieträger transport- und speicherfähig. Mithilfe erneuerbarer Energien erzeugt oder auch aus fossilen Energien gewonnen - einschließlich der Sequestrierung des mitproduzierten Kohlendioxids - kann Wasserstoff eine Basis für ein nachhaltiges, schadstofffreies und treibhausgasfreies Energieversorgungssystem sein. Wasserstoff tritt an die Seite von Strom in einer starken sowie umwelt- und klimaökologisch sauberen Sekundärenergiewirtschaft.

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element auf der Erde und steht, allerdings chemisch gebunden, mit Wasser nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Wasserstoff ist aber keine Primärenergie, sondern kann nur über energetische Prozesse gewonnen werden. Die Frage der nachhaltigen Wasserstoffgewinnung ist daher noch offen und muss zukünftigen Entwicklungen überlassen bleiben. Grundkonzepte liegen jedoch schon vor.

Wasserstoffenergietechnologie bildet deshalb einen wichtigen Schwerpunkt bei Forschung, Entwicklung und Förderung im Rahmen der Landesinitiative Zukunftsenergien Nordrhein-Westfalen. Ziel ist es, Projekte zur langfristigen Lösung von offenen Fragen im Zusammenhang mit der Wasserstofftechnologie zu initiieren. Minister Schwanhold hat deshalb eine Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, um eine langfristig angelegte Strategie für das Thema Wasserstoffenergietechnologie zu erarbeiten. Diese Strategie und ihre Ergebnisse sollen nun im Einzelnen vorgestellt werden.

Die Gesamtkette der Wasserstoffenergietechnologie lässt sich einteilen in Produktion, Transport, Speicherung und Anwendung. Entsprechend diesen Hauptblöcken wurden Projekte und Themen definiert, die in spezifischen Entwicklungsprojekten bearbeitet und gelöst werden sollen. Die Projektthemen sind:

  1. Wasserstofferzeugung
  2. Wasserstoffreformer (Wasserstoff aus fossilen Quellen)
  3. System, Verflüssiger, Tankstelle, Speicher, Verdichter
  4. Wasserstoffanwendung im mobilen Bereich
  5. Wasserstoffanwendung im stationären und portablen Bereich

Im folgenden sind die mit diesen Projektthemen verbundenen konkreten Arbeitsblöcke dargestellt und beschrieben.

Ad 1: Wasserstofferzeugung

a) Potenzialanalyse "Wasserstoffquellen in Nordrhein-Westfalen":   In einer Bestandsaufnahme soll aufgezeigt werden, welche Wasserstoffquellen in Nordrhein-Westfalen vorhanden sind und unter welchen Bedingungen eine Nutzbarmachung erfolgen kann. Quellen sind möglicherweise:


fossil:
  • abgefackelter Wasserstoff
  • Kokereigase, Gichtgas, Raffinerieabgase
  • Erdölgas, Petroleumgas, Schmierstoffe
  • vorhandene Gasnetze
  • industrielle Großerzeuger
aus Biomasse:
  • Kläranlagen, Deponien
  • Grünabfälle der Kommunen und Haushalte
  • Reststoffe aus der landwirtschaftlichen Produktion
  • Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion
  • unbelastete Althölzer
  • belastete Althölzer

b) Auswahl vorhandener Quellen für F&E- und Demoprojekte

Ad 2: Wasserstoffreformierung

  1. Entwicklung eines Großreformers (Tankstelle)
  2. Entwicklung von Reformern mittlerer und kleiner Bauweise, auch für den mobilen Bereich

Ad 3: System Tankstelle, Speicher, Verdichter

F&E-Projekte in folgenden Bereichen:

  1. gasförmiger Wasserstoff: Werkstoffe, Dichtungen, Armaturen, Netzverhalten, Hochdruckspeicher, Hydridspeicher, Tankrobotik, (Material)
  2. flüssiger Wasserstoff: Magnetokalorik, Speichertechnik, Armaturen, Material, Bauformen, Tieftemperaturanlagen, Umfüllung, Kompressortechnik, Verdampfung, Tanksysteme

Ad 4: Wasserstoffanwendung im mobilen Bereich

  1. Flottenversuche (Busunternehmen, Taxiunternehmen, regionale Gütertransportunternehmen
  2. Technologieentwicklung:
    • wirkungsgradoptimierter Verbrennungsmotor, Motorregelung
    • Brennstoffzellenoptimierung
    • E-Motoren, Verdichter, Expander, Befeuchter, geometrisch angepasste Reformer
    • Bremsenergierückgewinnung

Ad 5: Wasserstoffanwendung im stationären und portablen Bereich

  • BHKW (H2-Motorentwicklung, H2/Luft-Mikroturbinen, -regelung, NOX-Reduktion, etc.)
  • Virtuelle Kraftwerke (Versorgungsstrukturen auf Basis kleiner BHKW / Kfz)
  • Portable Geräte (Systemanpassung für Einsatz von BZ auf Basis von H2, H2-Kartuschenentwicklung und -fertigung
  • Premium Power (Strommanagement mit H2-BZ für Sofortreserve und schnelle Netzanpassung, Software)

Zu den Themenbereichen werden Arbeitsgruppen mit Teilnehmern aus Wirtschaft und Wissenschaft gebildet, um Projekte zu generieren.

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