In den letzten Jahren ist die Wasserstoffenergie im Bereich der neuen Energien wieder zu einem wichtigen Thema geworden. Die Wasserstoffindustrie wurde neben Sektoren wie neuen Materialien und innovativen Pharmazeutika ausdrücklich als eine der wichtigsten aufstrebenden Branchen für die Entwicklung genannt. Berichte betonen die Notwendigkeit, neue Wachstumsmotoren wie Bioproduktion, kommerzielle Luft- und Raumfahrt und die Wirtschaft in niedrigen Höhen aktiv zu fördern, wobei die Beschleunigung der Entwicklung der Wasserstoffindustrie erstmals ausdrücklich Priorität erhält. Dies unterstreicht das enorme Potenzial der Wasserstoffenergie.
Derzeit dominiert die Wasserstoffproduktion auf Kohlebasis mit 64 % die Versorgungsstruktur, gefolgt von Wasserstoff als industrielles Nebenprodukt (21 %), Wasserstoff auf Erdgasbasis (14 %) und anderen Methoden (1 %). Dies zeigt, dass die Wasserstoffproduktion auf Basis fossiler Brennstoffe mit 99 % absolut dominiert, während „grüner Wasserstoff“ auf Basis von Elektrolyse und andere Methoden marginal bleiben. Folglich folgen die aktuellen Wasserstofftankstellen hauptsächlich dem folgenden Produktions-, Speicher- und Transportmodell: Petrochemische Unternehmen in abgelegenen Gebieten produzieren Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen, komprimieren Wasserstoff mit niedrigem Druck (typischerweise ~1,5 MPa) mithilfe von Kompressoren auf ~20 MPa und speichern ihn in 22 MPa-Rohranhängern. Der Wasserstoff wird dann zu Tankstellen transportiert, wo er für Brennstoffzellenfahrzeuge einer zweiten Kompression auf 45 MPa unterzogen wird. Dieses räumlich fragmentierte Modell erhöht die Transportkosten, die Ausrüstungskosten und den Zeitaufwand, während es gleichzeitig durch die von fossilen Brennstoffen abhängige Produktion von „grauem Wasserstoff“ eingeschränkt bleibt.
Darüber hinaus wird Wasserstoff nach den geltenden Vorschriften als brennbare und explosive Gefahrstoff eingestuft. Daher konzentrieren sich Wasserstoffproduktionsprojekte überwiegend auf abgelegene Chemieparks mit strengen Sicherheits- und Umweltauflagen.
Mit der Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologie sinken die Produktionskosten für grünen Wasserstoff schrittweise. Gleichzeitig machen Umweltrichtlinien wie „Carbon Peaking“ und CO2-Neutralität die Nutzung von grünem Wasserstoff zu einem entscheidenden Faktor für die zukünftige Entwicklung gasförmiger Energieträger. Die Internationale Energieagentur prognostiziert, dass CO2-arme Wasserstofftechnologien wie die Elektrolyse bis 2030 14 % des Wasserstoffmarktes ausmachen und die Tankstellenplanung maßgeblich beeinflussen werden. Die elektrolysebasierte Produktion ermöglicht mit ihren einfachen und zugänglichen Ausgangsstoffen eine Wasserstoffproduktion jenseits traditioneller Chemieparks. Die Direktkompression des vor Ort produzierten Wasserstoffs zur Fahrzeugbetankung macht lange Transportwege und eine sekundäre Kompression überflüssig und reduziert so effektiv die Kosten und den Zeitaufwand.
Um sich an die gängige, auf fossilen Brennstoffen basierende Wasserstoffversorgungskette anzupassen, dominieren derzeit zwei Arten von Membrankompressoren den Markt: 1) Wasserstoff-Tankstellen mit ca. 1,5 MPa Eingangsdruck und 20–22 MPa Ausgangsdruck; 2) Tankstellenkompressoren mit 5–20 MPa Eingangsdruck und 45 MPa Ausgangsdruck. Dieser zweistufige Prozess erfordert jedoch den koordinierten Betrieb beider Einheiten. Sinkt der Druck in den Wasserstoffspeicherflaschen unter 5 MPa, fallen die Tankkompressoren aus, was zu einer geringen Wasserstoffausnutzung führt.
Integrierte Wasserstoff-Produktions- und Tankstellen weisen dagegen eine höhere Effizienz auf. In diesem Modell kann Wasserstoff aus der Elektrolyse mit einem einzigen Membrankompressor direkt von ca. 1,5 MPa auf 45 MPa komprimiert werden, was den Anlagen- und Zeitaufwand deutlich reduziert. Der niedrigere Eingangsdruck (1,5 MPa gegenüber 5 MPa) verbessert zudem die Wasserstoffnutzung erheblich.
Mit der Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologie dürften integrierte Wasserstofftankstellen eine breitere Verbreitung finden und die Marktnachfrage nach Membrankompressoren mit 1,5 MPa bis 45 MPa ankurbeln. Unser Unternehmen verfügt über umfassende Konstruktions- und Fertigungskapazitäten, um maßgeschneiderte Lösungen für dieses Anwendungsszenario anzubieten. Mit dem wachsenden Anteil der Produktion von grünem Wasserstoff dürfte die Zahl integrierter Tankstellen zunehmen. Dies erweitert sowohl die Einsatzmöglichkeiten von Membrankompressoren als auch unser Produktportfolio und bietet gleichzeitig innovative Betankungslösungen.
Dennoch bestehen weiterhin Herausforderungen bei der Entwicklung integrierter Wasserstofftankstellen und zugehöriger Kompressoren, darunter hohe Elektrolysekosten, die Einstufung von Wasserstoff als gefährliche Chemikalien und eine unvollständige Wasserstoffinfrastruktur. Die wirksame Bewältigung dieser Probleme wird für die Weiterentwicklung integrierter Wasserstoffenergiesysteme von entscheidender Bedeutung sein.
Veröffentlichungszeit: 27. Februar 2025