Hydrogen Solutions

Ihr Partner für nachhaltige Wasserstofferzeugung

Eine der wichtigsten Herausforderungen der Gegenwart ist die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft. Der Schlüssel hierfür ist der stetige Ausbau erneuerbarer Energien, sowie die Sektor-Kopplung, also die Integration erneuerbarer Energien in gewachsene Infrastrukturen der Industrie, Energie und Mobilität mit Power-to-X Lösungen. Wir erzeugen „grünen“ Wasserstoff aus erneuerbaren Energien via PEM-Elektrolyse und leisten damit einen wichtigen Beitrag zur weltweiten Energiewende. Mithilfe unserer Produktlinie Silyzer lassen sich fluktuierende Energiequellen wie Sonne und Wind in Ihren Prozess integrieren.  Wir setzen Maßstäbe für die nachhaltige Wasserstofferzeugung von morgen. Als zuverlässiger Partner begleiten wir Sie von der Planung über die Inbetriebnahme bis hin zum Betrieb mit einem bewährten Servicekonzept – angepasst an Ihre Anforderungen.

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Wasserstoff

Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Erneuerbare Energien werden weltweit immer wichtiger. Sie sind das Rückgrat einer nachhaltigen und CO₂-freien Energiewirtschaft und damit Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung bis zum Jahr 2100.

Ihr Anteil an der weltweiten Stromerzeugung wächst täglich. Doch wie lassen sich fluktuierende Energiequellen wie Sonne und Wind in bestehende Netze, kontinuierliche Industrieprozesse und in eine flexible und individuelle Mobilität integrieren?

Wasserstoff ist nicht nur der Energieträger der Zukunft – er ist der Energieträger der Gegenwart!

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Nahezu alle unsere chemischen Energieträger basieren auf Wasserstoff, wenn auch in gebundener Form, und zwar als Kohlenwasserstoffe oder andere Wasserstoffverbindungen. Um die Klimaerwärmung aufgrund des weltweit wachsenden CO2-Ausstoßes zu begrenzen, müssen Lösungen gefunden werden, diese Energieträger CO2-neutral und damit nachhaltig herzustellen. Dafür bedarf es unter anderem der Herstellung von Wasserstoff auf Basis regenerativer Energien.

Was ist Power-to-X?

Power-to-X beschreibt Methoden für die Umwandlung vorwiegend erneuerbarer, elektrischer Energie in flüssige oder gasförmige chemische Energiequellen durch Elektrolyse und weitere Syntheseprozesse. Wasser wird durch elektrischen Strom in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten – ein bis zu 100% CO₂-emissionsfreier Prozess. Wasserstoff – die Schlüsselkomponente für die Energiewende – kann einfach gespeichert und vielseitig verwendet oder weiterverarbeitet werden.

 

Sektorkopplung via Power-to-X kann potenziell den Verbrauch der fossilen Primärenergie halbieren, selbst wenn die Energienachfrage um 25% wächst.

  1. Mobilität: Power-to-X erzeugt synthetische Kraftstoffe für die direkte Verwendung: e-Methan, e-Methanol, e-Diesel, e-Benzin oder e-Kerosin. Diese können fossilen Kraftstoffen schrittweise zugemischt werden, bis sie die fossilen Kraftstoffe als Primärenergiequelle vollständig ersetzen. Die bestehende Infrastruktur wie Gas-Pipelines, Tankstellen oder Lagereinrichtungen können ebenso verwendet werden wie bestehende und kostengünstige Verbraucheranwendungen, angetrieben durch e-Kraftstoffe.
  2. Heizung/Kühlung: Power-to-X umfasst auch den Einsatz elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen für Wärme/Kälte  z. B. durch Wärmepumpen.
  3. Stromerzeugung: Moderne Gasturbinen können mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Erdgas betrieben werden – mit einem Wasserstoffanteil von 5–100%. Wasserstoff kann gespeichert, in Gasnetzen transportiert und mittels Gasturbinen, GuD-Kraftwerken oder Brennstoffzellen-Kraftwerken wieder in Strom umgewandelt werden.
Fachartikel

Gut zu wissen

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Die Chancen der Wasserstoffwirtschaft

Mit der Nutzung von Strom als „grüne Elektronen“ aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Sonnenenergie zur Dekarbonisierung der Energie in allen Sektoren werden enorme ökologische und wirtschaftliche Vorteile erschlossen. Dank Power-to-X-Technologien profitieren auch andere Sektoren über den Energiesektor hinaus von erneuerbaren Energien und werden insgesamt immer grüner – über das gesamte Spektrum von Produktion bis Nutzung.

Ich bin der festen Überzeugung, dass der nächste Schritt der globalen Energiewende auf der Wasserstoffwirtschaft basieren wird – durch die Umwandlung von „grünen Elektronen“ in "grüne Moleküle" bei der Elektrolyse von Wasser. Die hergestellten Chemikalien können umgewandelt, gespeichert, transportiert und in unterschiedlichen Sektoren genutzt werden. Diese Sektorkopplung ermöglicht die Dekarbonisierung von Anwendungen, deren Elektrifizierung an ihre Grenzen stößt.
Prof. Dr. Armin Schnettler EVP & CEO New Energy Business, Siemens Energy
Elektrolyse

PEM-Elektrolyse – dynamisch, effizient, sauber

Erstmals erkannten J. H. Russell und seine Mitarbeiter 1973 das große Potential der PEM-Elektrolyse für die Energiewirtschaft.

Der Name PEM ist abgeleitet von der protonenleitenden Membran, der sogenannten Proton-Exchange-Membrane. Ihre spezielle Eigenschaft: Sie ist durchlässig für Protonen, aber nicht für Gase wie Wasserstoff oder Sauerstoff. Damit übernimmt sie in einem elektrolytischen Prozess u. a. die Funktion des Separators, der die Vermischung der Produktgase verhindert. 

Auf ihrer Vorder- und Rückseite sind Elektroden angebracht, die mit dem Plus- und Minuspol der Spannungsquelle verbunden sind. Hier findet die Wasserspaltung statt. Im Vergleich zur traditionellen Alkali-Elektrolyse ist die PEM-Technologie ideal geeignet, um Wind- und Sonnenstrom, der volatil, also unregelmäßig erzeugt wird, aufzunehmen, da eine hoch dynamische Betriebsweise möglich ist. Außerdem zeichnet die PEM-Elektrolyse folgende Eigenschaften aus:

  • Hohe Wirkungsgrade bei hohen Leistungsdichten
  • Hohe Produktgasqualität auch in Teillast 
  • Wartungsarmer und zuverlässiger Betrieb
  • Keine Chemikalien und Fremdstoffe 
Portfolio

Die optimierte Lösung für Ihre Anforderungen – unser Silyzer Portfolio

Um ausreichend Wasserstoff erzeugen zu können, sind innovative Lösungen gefragt. Lösungen wie die Produktfamilie Silyzer von Siemens: ein innovatives PEM-Elektrolysesystem, das Wind- und Sonnenenergie nutzt, um Wasserstoff zu produzieren – und das völlig CO2-frei. Auf diese Weise ist der Silyzer doppelt nützlich – und doppelt sauber.

Silyzer 300 ist die neueste und leistungsstärkste Produktlinie des Siemens PEM-Elektrolyse-Portfolios im zweistelligen Megawatt-Bereich. Das modulare Design des Silyzer 300 nutzt in bisher einzigartiger Weise Skalierungseffekte, um niedrige Investitionskosten für großindustrielle Elektrolyseanlagen zu erreichen. Die optimierte Lösung führt zu sehr geringen  Wasserstoffgestehungspreisen aufgrund hoher Anlageneffizienz und Verfügbarkeit.

Starten Sie die Dekarbonisierung in Ihre Branche mit einem System, das

  • höchste Wirkungsgrade und eine herausragende Dynamik bei einem wettbewerbsfähigen Preis und niedrigen Instandhaltungsaufwänden bietet,
  • frei von gefährlichen Substanzen ist,
  • und reinen Wasserstoff in höchster Qualität produziert.

Wir stellen das perfekte Paket für Ihre individuellen Bedürfnisse zusammen. Unsere Leistungen reichen von grundlegenden Instandhaltungsarbeiten bis hin zu einem umfassenden Rundum-Service mit modernster Datenanalyse. Damit sorgen wir für einen reibungslosen Betrieb. 

Unser Service Angebot ist auf individuelle Kundenbedürfnisse zugeschnitten:

  • Basic: Support und Fehlerbehebung nach Bedarf
  • Advanced: Präventive Instandhaltung, Remote-Service, Zustandsüberwachung, 7/24 Hotline und mehr
  • Integrated: Erfolgsabhängiger Instandhaltungsvertrag
Siemens als Partner

170 Jahre Erfahrung und Innovationskraft

Ihr Partner – kompetent, zuverlässig, erfahren.

Seit über 170 Jahren stellen wir höchste Qualitätsansprüche an uns und unsere Produkte. Mit unserem breiten Domänenwissen in Industrie, Mobilität und Energie sind wir in der Lage, branchenübergreifend Lösungen zu entwickeln, die daran ausgerichtet sind, bei unseren Kunden Mehrwert zu generieren. Von der Netzintegration über innovative Leittechnik profitieren Sie von der jahrzehntelangen Kompetenz und Innovationskraft von Siemens. Zusätzlich haben wir Zugriff auf ein breites Netzwerk von ausgewählten Partnern, die unser Angebot bestmöglich ergänzen. Diese Kompetenzen befähigen uns, maßgeschneiderte Lösungen auf Basis der individuellen Kundenbedürfnisse zu kreieren und damit das volle Potential auszuschöpfen.

Im Silyzer steckt jede Menge Hightech und Know-how, natürlich in bewährter Siemens-Qualität. Unter anderem unser Leitsystem SIMATIC PCS 7 sowie Gleichrichter aus der SINAMICS DCM-Reihe. Wir stehen dafür, dass alle Komponenten zuverlässig und optimal zusammenarbeiten – bei höchster Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Sie können sich darauf verlassen, dass wir unsere gesamte Erfahrung und Kompetenz in einem hochwertigen System bündeln und Ihnen als verlässlicher Partner rund um die Uhr zur Verfügung stehen.

Weitere Informationen

Informationen für unsere Kunden

FAQs

FAQ – Die häufigsten Fragen zum Thema Wasserstoff

Wasserstoff (chemisches Symbol H) ist ein Gas. Als Molekül (H2) ist es in der Natur nur in geringen Mengen zu finden. Meistens liegt es in chemisch gebundener Form wie zum Beispiel H2O vor.

Wasserstoff ist das häufigste Element im ganzen Universum. 90 Prozent aller Atome sind Wasserstoff-Atome. Zusammen machen sie drei Viertel der Gesamtmasse des Universums aus.

Wasserstoffgas wird bei -253°C flüssig.

Wasserstoff hat gewichtsbezogen die höchste Energiedichte aller konventioneller Kraftstoffe: fast dreimal so hoch wie die von Benzin oder Diesel. Das ist einer der Gründe, warum Wasserstoff in der Raumfahrt als Treibstoff zum Einsatz kommt.

 

H2 Brennwert: 39.4 kWh/kg ; H2 Heizwert: 33.3 kWh/kg

Wasserstoff setzt bei Verbrennung Wärme frei. Bei der Verwendung in Brennstoffzellen wird Wasserstoff elektrochemisch in elektrische Energie umgewandelt.

Wasserstoff wird seit mehr als 200 Jahren erzeugt und genutzt. Die Erfahrung zeigt, dass Wasserstoff gefahrlos gespeichert, verteilt und umgewandelt werden kann. Schon im Jahr 1808 kam Wasserstoff erstmals großflächig für die Straßenbeleuchtung in London zum Einsatz.

Es gibt unterschiedliche Methoden zur Herstellung von Wasserstoff (H2). Zurzeit werden mehr als 95% des Wasserstoffs weltweit aus Kohlenwasserstoffen erzeugt, wodurch gleichzeitig schädliches CO2 produziert und an die Umwelt abgegeben wird. Die Elektrolyse von Wasser bietet eine modernere und umweltfreundlichere Technik zur CO2-neutralen Erzeugung von Wasserstoff.

Wasserstoff kann aus kohlenstoffhaltigen Energieträgern durch die Methan-Dampfreformierung von Erdgas, der Kohlevergasung und dem Wasserelektrolyseprozess hergestellt werden.

Wasserstoff kann gasförmig unter Druck oder flüssig in Tanks gespeichert werden. Darüber hinaus kann Wasserstoff für verschiedene Anwendungen auch in Kavernen sowie im Erdgasnetz gespeichert werden, vorausgesetzt, das Netz erfüllt alle technischen Voraussetzungen.

Die volumetrische Energiedichte von Wasserstoff liegt bei Atmosphärendruck bei ca. einem Drittel im Vergleich zu konventionellen Brennstoffen. Durch Verdichtung oder Verflüssigung von Wasserstoffgas kann die volumetrische Energiedichte erhöht werden, was die Speicherung und den Transport einer größeren Wasserstoffmenge ermöglicht.

Für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge hat sich ein Industriestandard von 300 bis 700 bar etabliert. Fahrzeuge für den Transport von verdichtetem Wasserstoff, sogenannte „Tankfahrzeuge“, arbeiten normalerweise mit einem Druck von maximal 200 bar.

Wasserstoff kann unter hohem Druck oder in tiefkalt verflüssigter Form (kryogenes Gas)  transportiert werden. Derzeit sind die zwei gängigsten Methoden für den Wasserstofftransport (überwiegend in gasförmigem Zustand) Tankfahrzeuge, z.B. „Tube-Trailer“, für den Straßentransport und Gasleitungen (für kurze Distanzen).

Wasserstoff ist ein nicht-toxisches Gas. Es ist nicht giftig, hat weder Geschmack noch Geruch. Die Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoffquelle erzeugt weder Abgase, weder verschmutzt es die Atmosphäre mit Kohlendioxide, noch gibt es Stickstoff ab.

Grundsätzlich ist die Verwendung nicht gefährlicher als bei anderen Brennstoffquellen. Wasserstoff ist brennbar und muss, ebenso wie andere brennbare Brennstoffe, vorsichtig gehandhabt werden. Um sich zu entzünden, muss der Wasserstoff mit einem zusätzlichen Oxidationsmittel (Luft, reinem Sauerstoff, Chlor usw.) in einer bestimmten Konzentration und einer Zündquelle (z.B. einem Funken) kombiniert werden. Wenn der Wasserstoff im schlimmsten Fall zündet, verbrennt er sehr schnell nach oben. Es erzeugt keine gefährliche Wärmestrahlung über der Unfallstelle, wie dies bei Benzin oder Kerosin der Fall ist.

Nein. Wasserstoff kann sowohl sicher gehandhabt und gespeichert als auch gefahrlos transportiert werden. Das praktiziert die Industriegas Hersteller schon seit über einem Jahrhundert.

Wasserstoff hat im Gegensatz zu Benzin oder Erdgas aufgrund seiner geringen Dichte unter atmosphärischen Bedingungen einen großen Auftrieb. Daher steigt austretendes Wasserstoffgas sofort auf und verteilt sich, wodurch das Risiko einer Entzündung im Freien deutlich reduziert wird.

Die entsprechenden Anlagen sind auf dauerhafte Dichtigkeit ausgelegt. Die Flanschverbindungen sind speziell für Wasserstoff konzipiert und die Anzahl der lösbaren Verbindungen auf ein Minimum reduziert. Außerdem wird in den Gebäuden für einen kontinuierlichen Luftaustausch gesorgt und die Anlagen sind mit Sicherheitsventilen und Überdruckvorrichtungen versehen. Zusätzlich sind Explosionsschutzzonen ausgewiesen. Die elektrische und sonstige Ausrüstung in diesen Bereichen muss der EU-Richtlinie 2014/34/EU (ATEX-Richtlinie) entsprechen.

Wasser wird mithilfe von elektrischem Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Die Elektrolyseprozesse können in folgende Systeme unterteilt werden: die Alkali-Elektrolyse mit flüssigen alkalischen Elektrolyten, die saure Elektrolyse mit einem polymeren Festelektrolyten (wie PEM) und die Hochtemperaturelektrolyse mit einem Festoxid als Elektrolyt.

 

Die PEM-Elektrolyse und die Alkali-Elektrolyse kommen bei industriellen Anwendungen zum Einsatz. Die Festoxid-Elektrolysetechnik befindet sich in einem frühen Entwicklungsstadium.

PEM ist die Abkürzung für Proton Exchange Membrane (Protonenaustauschmembran). Diese Membran ist ein wesentlicher Bestand der Elektrolysezelle des PEM-Elektrolyseurs. Die Membran trennt die Anode, an der sich der Sauerstoff sammelt von der Kathode, an der das Wasserstoffgas erzeugt wird.

Die Unterschiede liegen vor allem in den Ionenarten begründet, die den Stromkreis schließen.

 

  • PEM: H+
  • Alkali: OH-
  • SOE: O2-
  • Hohe Gasreinheit >99,999%
  • Hohe Dynamik
  • Hohe Effizienz (>70%)
  • Hohe Leistungsdichte
  • Hohe Lebensdauer
  • Nicht kontaminierend (keine Chemikalien, nur Wasser und Strom)

Für 1 kg Wasserstoff werden 10 Liter demineralisiertes Wasser benötigt.

In Abhängigkeit von der Leistung des Elektrolyseurs und dem Betriebsmodus werden zur Erzeugung von 1 kg Wasserstoff durchschnittlich 50 kWh benötigt.

Der Wasserstoffmarkt kann in drei Segmente unterteilt werden: den Mobilitätsbereich, die Energieversorgung und die Industrie – wobei die Industrie derzeit der mit Abstand größte Verbraucher ist (~90%). In Zukunft wird allerdings eine Umverteilung auf den Mobilitäts- und Energiebereich erwartet.

Wasserstoff ist derzeit ein wichtiges Industriegas, das für die Raffinierung von Brennstoffen, die Herstellung von Dünger und Methanol, die Hydrierung von Fetten, in der Stahlherstellung, der Metallverarbeitung sowie in der Flachglasherstellung benötigt wird.

Man braucht weniger als 1 kg Wasserstoff pro 100 km.

Bei einem Personenkraftwagen oder leichten Nutzfahrzeug nimmt der Auftankvorgang 3 bis 5 Minuten in Anspruch.

Wasserstoff ermöglicht die Langzeitspeicherung von großen Mengen an überschüssiger erneuerbarer Energie. Er eröffnet neue Möglichkeiten für die Nutzung von Ökostrom, d.h. durch Verwendung von Wasserstoff als Ersatz für Erdgas in bestehenden Leitungen, als Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge oder Kraftwerke oder als Rohstoff für die wasserstoffverarbeitende Industrie. Dadurch bietet sich die Möglichkeit einer Verknüpfung der Energieerzeugung mit Industrie und Mobilitätsbranche, die sogenannte „Sektorenkopplung“ („sector coupling“).

Nein. Wasserstoff wird ein wesentlicher und dauerhafter Bestandteil einer nachhaltigen Energieindustrie sein.

Wasserstoff wird in Zukunft zunehmend mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt werden. Darüber hinaus werden künftig auch Biogas und verschiedene Brennstoffe wie feste Biomasse zur Erzeugung von grünem Wasserstoff beitragen.

„Grüner“ Wasserstoff wird zu 100% aus erneuerbarer Energie erzeugt. Das bedeutet, dass die benötigte Energie zur Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse komplett emissionsfrei erzeugt wird. Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird und dabei Emissionen wie CO2 generiert, wird als „grauer“ oder „brauner“ Wasserstoff bezeichnet. Wenn das dabei entstehende Kohlendioxid aufgefangen, gespeichert (Kohlenstoffbindung und -speicherung) und wiederverwendet wird, spricht man häufig von „blauem“ Wasserstoff.

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