Grünen Wasserstoff im Industriemaßstab sollen die Offshore-Windenergieanlagen der Zukunft herstellen – so die Vision des Leitprojekts H2Mare, das nun vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eine Förderzusage in Höhe von mehr als 100 Mio. EUR erhalten hat. Das Leitprojekt H2Mare zielt darauf ab, dass ein völlig neuer Anlagentyp künftig auf dem Meer seinen Platz findet - eine Lösung, die einen Elektrolyseur zur direkten Wandlung des elektrischen Stromes optimal in eine Offshore-Windenergieanlage integriert. Darüber hinaus werden Offshore-Power-to-X-Verfahren untersucht. Dabei wird die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet: von der Windenergie-Gewinnung und Wasserstoff-Erzeugung über die Wandlung von Wasserstoff in Methan, flüssige Kohlenwasserstoffe, Methanol oder Ammoniak bis zum Verbrauch durch die Industrie oder die Energiewirtschaft. Somit sind verschiedene industrielle Anschlussverwertungen und Speicheroptionen möglich. Ein signifikanter Kostenvorteil bei der Herstellung großvolumiger Wasserstoffmengen ist das Ziel.
Innerhalb von vier Jahren will H2Mare – bestehend aus vier Verbundprojekten (Offgrid Wind, H2Wind, PTX-Wind, Transfer Wind) mit insgesamt 35 Partnern – den Grundstein für eine Technologieführerschaft legen und die Erreichung von Klimazielen durch beschleunigte Treibhausgasreduktion unterstützen.
Digitaler Zwilling für eine Offshore-Forschungsplattform
In Erweiterung der reinen Offshore-Wasserstoffproduktion steht bei dem H2Mare-Projekt PTX-Wind die Umwandlung von Wasserstoff in leichter transportierbare, synthetische Energieträger wie Methanol und Ammoniak im Fokus. Diese Power-to-X-Produkte sollen mittels Hochtemperatur-Elektrolyse von Meerwasser und CO2-Gewinnung aus der Luft erzeugt werden. An dem Vorhaben PTX-Wind sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Abteilung Prozesstechnik des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Kai Sundmacher beteiligt. In Kooperation mit den Projektpartnern verfolgen sie das Ziel, ein Prozessleit- und Betriebsführungssystem für eine Offshore PTX-Forschungsplattform in der Nordsee aufzubauen. Dafür werden sie einen digitalen Zwilling der Forschungsplattform entwickeln, der eine virtuelle Abbildung aller PtX-Anlagenteile über den kompletten Lebenszyklus darstellen soll.
Nachhaltige Ingenieurin und Erneuerbare-Energie-Expertin
Mit Hilfe des digitalen Zwillings soll insbesondere das dynamische Verhalten der chemischen Umwandlungsprozesse vor dem realen Offshore-Einsatz in Kopplung mit dem Prozessleitsystem untersucht und im Hinblick auf die in der Nordsee herrschenden Umgebungsbedingungen optimiert werden.
Zum Aufbau des Zwillings steuert das Magdeburger Max-Planck-Institut dynamische Simulationsmodelle für einzelne PTX-Prozessschritte sowie für den gesamten Anlagenverbund bei. Um den Zwilling auch direkt für die optimale Steuerung der Forschungsplattform unter saisonal variablen Wetterbedingungen nutzen zu können, sollen die Simulationsmodelle in einem zweiten Schritt für den echtzeitfähigen Einsatz ertüchtigt werden. Prof. Sundmacher umreißt die Anforderungen an sein Projektteam so: „Der digitale Zwilling muss die chemischen Prozesse unter wechselnden Lastbedingungen möglichst realitätsnah beschreiben. Hierbei können wir auf umfangreiche Erfahrung unserer Arbeitsgruppe im Bereich der Modellierung und Simulation von komplexen verfahrenstechnischen Prozessen, insbesondere auch von Power-to-X-Technologien, zurückgreifen. Andererseits soll die Simulation auch in Echtzeit möglich sein. Deshalb müssen wir den Rechenaufwand für unsere Systemmodelle möglichst gering halten. Dies wollen wir durch den Einsatz von Methoden der Modellreduktion und des Maschinellen Lernens (ML) erreichen.“
BMBF fördert grünen Wasserstoff mit bis zu bis zu 740 Mio. EUR
H2Mare ist eines von drei Leitprojekten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Mit seiner bislang größten Forschungsinitiative zum Thema Energiewende unterstützt es Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft. Die drei Wasserstoff-Leitprojekte sind das Ergebnis eines Ideenwettbewerbs und bilden einen zentralen Beitrag des BMBF zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie. Über vier Jahre sollen sie vorhandene Hürden, die den Einstieg Deutschlands in eine Wasserstoffwirtschaft erschweren, aus dem Weg räumen. Dabei geht es um die serienmäßige Herstellung großskaliger Wasser-Elektrolyseure (H2Giga), die Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten auf See (H2Mare) sowie Technologien für den Transport von Wasserstoff (Transhyde).
In den drei Wasserstoff-Leitprojekten arbeiten über 240 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen. Im Frühjahr 2021 sind die Projekte auf Basis unverbindlicher Förder-Inaussichtstellungen gestartet. Insgesamt wird die Förderung bis zu 740 Millionen Euro betragen.
