© Karl-Heinz Tetzlaff

Aller Anfang ist schwer. Es ist daher zweckmäßig, die Wasserstoffwirtschaft in Einzelschritten zu entwickeln.

Optimierung der Wasserstoffproduktion

Um sich auf die Herstellung von Wasserstoff aus Biomasse konzentrieren zu können, wird ein Einspiesemodell vorgeschlagen, so wie es auch bei der Einspeisung von aufgereitetem Biogas praktiziert wird. Anders als beim EEG-Strom, gibt es dafür (noch) keine festen Einspeisetarife. Bekannt gewordene Verträge liegen bei 8-10 ct/kWh (Ho). Wasserstoff wird wie BioErdgas als grünes Gas behandelt, das mit Vorrang eingespeist werden muss. Ellerdings gibt es bei der Zumischung von Wasserstoff zuerzeit eine Obergrenze von 5 vol.%, die in Kürze auf 10% angehoben werden soll (DVGW G262). Man benötigt also einen Standort mit einer dicken Erdgasleitung oder einen Kavernenspeicher in der Nachbarschaft, es sei denn der Energieversorger erlaubt innerhalb seines “Hoheitsgebietes” eine andere Gaszusammensetzung. Der Wasserstoffanteil beeinfluss weder die Transportkapazität des Gasnetzes noch verändert es die Leistung des Gaskessels, denn Wasserstoff besizt die gleichen Wobbe-Index wie Erdgas. Eine Mischung von wasserstoff und Ergas verbrennt sauberer.

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Anlagenbeispiel

50 MW Wasserstofffabrik

Investitionskosten 30 Mio. €, Kaltgaswirkungsgrad 84% (Hu)

Der Vergaser wird durch Teiloxidation mit Sauerstoff beheizt.

50 MW (Ho) werden in das Erdgasnetz zu 8 ct/kWh (Ho) eingespeist. Der Gasversorger muss dem Betreiber außerdem 0,7 ct/kWh für vermiedene Netzkosten vergüten. Damit liegt die Vergütung etwa auf der Höhe des Heizölpreises (8,5 ct/kWh) aber über dem Gaspreis. 8 ct/kWh wird dehalb akzeptiert, weil ferne Erdgas-BHKW die Abrechnung von KWK-Bonus (2 ct/kWh) auf EEG-Abrechnung (>20 ct/kWh) umstellen dürfen. Ähnlich wie Grünstrom wird auch Grüngas aus Imagegründen (Carbon Footprint) gern gekauft.

Input 10 t/h Holz zu 100 €/t, bezogen auf Trockenmasse. Der Wassergehalt kann bis zu 40% betragen.

Die investitionsabhängigen Kosten (Abschreibung, Reparatur, Zinsen usw. werden mit 11%/a angesetzt. Diesen Ansatz benutzen auch Gutachter für Biogasanlagen. Die Ergebnisse fließen in die Gesetzgebung (EEG) ein. Zu beachten ist, dass die chemische Industrie mit einem doppelt so hohen Ansatz arbeitet.

	Mio. €/a
Investitionsabhängige Kosten (11%/a)	-3,3
Personal, Hilfsmittel, Sonstiges	-1,2
Energiebezug	-1,0
Holz (oder eine beliebige andere Form von Biomasse)	-8,0
Einspeise-Erlös	+32,0
Vermiedene Netzkosten	+2,8
Einnahmen	+21,3

 

Wie die Zahlen zeigen, bewegt sich die jährliche Wertschöpfung in etwa auf der Höhe der Investitionskosten von 30 Mio. €. Diese Geld kann komplett in der Region bleiben, vorausgesetzt der Investor bzw. Banken kommen auch aus dieser Region. Eigentlich sind die Lokalpolitiker gemäß Amtseid dazu verpflichtet, dass es so kommt.

Eine Erstanlage birgt ein gewisses Risiko, weil nicht sicher vorhergesagt werden kann, wie lange die Anlage im Versuchsbetrieb läuft, bis der Investor diese Optimierungsphase beendet. Für derartige Chemieanlagen sind 2 Jahre Versuchsbetrieb üblich. Eine Erstanlage wird auch doppelt so viel kosten als optimierte Anlagen. Die Tabellenkalkulation bleibt davon unberüht, weil der Saat in der Regel zu 50% fördert.

Wie geht es weiter?

Wenn man in einer Region mehrere Wasserstoff-Fabriken errichten kann und vielleicht noch einen Kavernespeicher hat, lässt sich eine autarke Wasserstoffregion einrichten, die nur mit Wasserstoff versorgt wird. Mehrere vernetze Wasserstoff-Fabriken sind aus Redundanzgründen notwendig.

Eine andere Möglichkeit ist die Zumischung von Wasserstoff über 10% hinaus. Dazu braucht man die Einwilligung eines Gasversorgers (Stadtwerk). Auch mit diesen Mischungen lassen sich einfache Membran-Brennstofzellen betrieben wie sie in Autos verbaut sind, also ohne vorgeschalteten Reformer.

Die Brennstoffzelle wird einfach vor den alten Gaskessel gesetzt (kostet nicht mehr als ein Öl-oder Gasbrenner). Die Brennstoffzelle “saugt” den Wasserstoff bis auf einen Rest von ca. 5% aus dem Gasgemisch heraus und leitet das “Abgas” (Anodengas) dem Gaskessel zu. Der Gaskessel “sieht” also nie mehr als 5% Wasserstoff. Damit kommt jeder Gaskessel klar. Methan betrachtet die Brennstoffzelle als Inertgas, wie Stickstoff. Wenn die Wasserstoff-Fabrik in Revision geht, wird einfach der alte Zustand wieder hergestellt (Redundanz), ohne dass es dazu eines Eingriffs bedarf.

Die grüne Kurve in der obigen Abbildung ist eine Jahresdauerkennline einer Heizung für ein Einfamillienhaus.Nun kann man beispielsweise 70% der maximalen Wärmeleitung in Form von Wasserstoff zumischen. Die Hälfte davon (35%) werden zunächst in Form von Strom erzeugt. Nach Abzug des Eigenbadarfs b) kann Strom nach EEG exportiert werden. An der Schraffur links ist zu erkennen, dass Erdgas nur im Winter einen Teil der Heizung übernimmt. Die exportierte Strommenge steht dann natürlich nicht mehr zur Wärmenutzung zur Verfügung. Deshalb ist der schraffirte Bereich gößer als das Dreieck über der 70%-Marke.

In der oberen Abbildung ist ein Versorgungsgebiet ohne Gasspeicher dargestellt. Die Wasserstoff-Fabrik wird dann im Sommer mit 50% Teillast betrieben. Im Hochsommer reicht der normale Stromverbrauch gerade aus, um Warmwasser zu erzeugen. Bei einem darüber hinausgehenden Stromexport muss die Brennstsoffzelle gekühlt werden, es sei denn, der Gasversorger exportiert den Wasserstoff in benachbarte Netze.

Da bereits einige Hersteller von Brennstoffzellen eine 10-Jaresgarantie auf die Laufzeit abgeben, könnte der Hausbesitzer die Zusatzausrüstung in eigener Regie durchführen und ein Mehrfaches seiner Stromrechnung als Einnahme verbuchen. Klüger ist allerdings die Zusammenarbeit mit einem Contractor. Dieser kann die Stromeispeisung so steuern, das er immer Höchstpreise für den Strom erzielt. Darüber hinaus können Sonderprämien für die Stabilisierung des Stromnetzes erzielt werden.

Bei Ausweitung des Versorungsgebietes mit mehreren vernetzten Wasserstoff-Fabriken kann der alte Heizkessel in den neuen Gebieten entfernt werden und durch eine intergrierte Brennstoffzellenheizung ersetzt werden. Diese ist voraussichtlich billiger als der alte Heizkessel, denn es entstehen weder hohe Temperaturen nuch korrosive Abgase.

An jeder Wasserstoff-Fabrik bzw. jeder Wasserstoffregion können auch Tanstellen wie jeder andere Verbraucher angeschlossen werden. Eine separate Wasserstoff-Infrastruktur für Tankstellen, wie sie jetzt geplant ist, kann damit entfallen. Damit erledigt sich auch das Henne-und-Ei-Problem: Es werden heute keine Wasserstoffautos gebaut, weil es keine Wasserstofftankstellen gibt und es werden keine Wasserstofftankstellen gebaut, weil es keine Wasserstoffautos gibt.

aktualisiert am 26.07.2011

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