News vom 24.11.2020

Wasserstoffbasierte Kraft-Wärme-Kopplung (H2-KWK)

Die Nutzung von erneuerbarem Wasserstoff als Brennstoff in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen mit Gasmotoren, Gasturbinen oder Brennstoffzellen wird eine zentrale Rolle zur Einhaltung der Klimaziele des Pariser Abkommens und der Energiewende beigemessen. Durch die Beimischung von erneuerbarem Wasserstoff verringern sich die ohnehin schon reduzierten Kohlendioxid-Emissionen in erdgasbasierten Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen weiter, bei reinem Wasserstoff sogar auf Null. Mithin hat die Ludwig Bölkow Systemtechnik (LBST) in ihrer "Wasserstoffstudie Nordrhein-Westfalen" Faktoren und Handlungsempfehlungen, die eine Nutzung der Potenziale von Wasserstoff in Nordrhein-Westfalen (NRW) bedingen, untersucht. Die Ergebnisse der Studie sind der Landesregierung NRW, Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie, vorgestellt und diskutiert. Die Studie bescheinigt Wasserstoff ein großes Potenzial auf dem Wege zur Klimaneutralität mit positiven Effekten auf neue Arbeitsplätze in NRW. Eine Wasserstoff Roadmap für Nordrhein-Westfalen ist von der Landesregierung NRW am 9.11.2020 vorgestellt worden. Auch hier wird der Einsatz von Wasserstoff im Energiebereich als wichtiger Baustein zur weiteren Dekarbonisierung des Strom- und Wärmesektors betont. 

Über die Umwandlung von Strom im Power-to-Gas-Prozess und die anschließende Verbrennung des produzierten Wasserstoffs in Kraft-Wärme-Kopplung, wird die Einbindung von erneuerbaren Energien im Wärmesektors ermöglicht. Pro Kilogramm durch Wasserstoff ersetztes Erdgas können ca. 2,8 kg Kohlendioxid eingespart werden. Im Folgenden wird eine Prozesskette schematisch dargestellt.

Wasserstoffproduktion durch Power-to-Gas mit anschließender Verbrennung in KWK
Wasserstoffproduktion durch Power-to-Gas mit anschließender Verbrennung in KWK

Kleinere wasserstoffbetriebene Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen mit Gasturbine sind bereits im Markt. Größere Gasturbinen verbrennen mittlerweile 20 Prozent Wasserstoff im Erdgas störungsfrei. Auch bei KWK-Anlagen mit Gasmotor sind die bisherigen Betriebserfahrungen im Reinwasserstoffbetrieb gut. Je nach Hersteller kann unterschiedlich viel Wasserstoff einem Kraft-Wärme-Kopplungsprozess mit Gasmotor durch Umrüstungsoptionen beigemischt werden. Der kommerzielle Einsatz von wasserstoffbasierter Kraft-Wärme-Kopplung mit Gasmotor und Gasturine ist eingeschränkt, da aktuell noch nicht genug Wasserstoff für einen kontinuierlichen Betrieb zur Verfügung steht.

Die Wasserstoffverträglichkeit einer Brennstoffzelle ist ebenfalls gegeben. Das Erdgas aus dem bestehenden Erdgasnetz wird durch Reformer in ein wasserstoffreiches Gas konvertiert, aus der die Brennstoffzelle Strom und Wärme erzeugt. Auf den Reformer kann verzichtet werden, wenn eine Wasserstoff-Infrastruktur direkt Wasserstoff bereitstellen kann. Der Einsatz von Brennstoffzellen ist bereits Stand der Technik.

Einbindung einer Brennstoffzelle zur Strom- und Wärmeversorgung
Einbindung einer Brennstoffzelle zur Strom- und Wärmeversorgung

Das von der EnergieAgentur.NRW bereitgestellte „Themenblatt:  Wasserstoffbasierte Kraft-Wärme-Kopplung“ steht unten zum kostenfreien Download bereit. Weitere Veröffentlichungen zum Thema Kraft-Wärme-Kopplung, Nah- und Fernwärmen stehen für Sie hier zum kostenfreien Download bereit.

 

 

 

Anlagen

Themenblatt: Wasserstoffbasierte Kraft-Wärme-Kopplung [135,03 kb]