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 Integration in gewachsene Infrastrukturen der Industrie, Energie und Mobilität.  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.

Wasserstoff

Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Dekarbonisierung / Wasserstoff

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.

Anwendungen

Industrie

Ca. 90 Prozent der weltweiten jährlichen Wasserstofferzeugung von über 600 Milliarden Kubikmeter werden in der Industrie benötigt. Dort ist Wasserstoff eine unverzichtbare Chemikalie, die sowohl als Energieträger, Additiv oder als Reduktionsmittel dient. In erster Linie wird der Wasserstoff als Basischemikalie für die Synthese von Ammoniak und anderen Düngemitteln wie beispielsweise Harnstoff oder auch für die Synthese von Methanol, verschiedenen Polymeren und Harzen verwendet. Weitere Großverbraucher der heutigen Wasserstoffindustrie sind Raffinerien, die Metallindustrie, aber auch die Halbleiter-, Glas- und Nahrungsmittelindustrie.

Energie

Nur ein geringer Teil des Wasserstoffs wird derzeit im Energiesektor verwendet. Und das, obwohl Wasserstoff als eine der vielversprechendsten Technologien bei der großflächigen Integration von erneuerbaren Energien gilt. Je mehr Strom aus fluktuierenden Energiequellen wie Sonne und Wind erzeugt wird und je stärker der Anteil konventioneller Stromerzeuger sinkt, desto wichtiger sind Veränderungen in den Energiesystemen. Schließlich muss die regenerativ erzeugte Energie auch in sonnen-und windarmen Zeiträumen zur Verfügung stehen. Hierfür ist es notwendig, Energie, auch über längere Zeiträume hinweg, zwischenzuspeichern. Eine Schlüsselrolle spielt dabei der Wasserstoff als Energieträger und Speichermedium. Als passende Infrastruktur dient zum Beispiel das enorme Speicherpotenzial der Gasnetze.

Sogenannte Insellösungen lassen sich ebenfalls über eine Wasserstoffinfrastruktur realisieren. Das hoch dynamische Systemverhalten der PEM-Elektrolyse eignet sich hervorragend für die direkte Kopplung an regenerative Energien. Somit können Lastspitzen im Inselnetz abgegriffen und die Energie bei Bedarf in Gasturbinen oder über Brennstoffzellen rückverstromt werden.
 

Mobilität

Eine der größten Herausforderungen der globalen Dekarbonisierung ist die Elektrifizierung der Mobilität. Wasserstoff kann über zwei Wege helfen, dies zu ändern. Mithilfe von Brennstoffzellenfahrzeugen kann Wasserstoff direkt genutzt werden – statt CO2 und NOx wird nur Wasser emittiert. Zusammen mit Batteriefahrzeugen können dadurch nicht nur die Emissionen des lokalen Stadt-, sondern auch des Überlandverkehrs und des Leicht- und Schwertransports reduziert werden, da die Reichweite dieser Fahrzeuge signifikant höher ist als die von reinen Batteriefahrzeugen. Dabei dauert es nur drei Minuten, ehe der Tank wieder gefüllt ist.

Der zweite Weg ist die Synthese von Kohlenwasserstoffen aus nachhaltigem Wasserstoff mit Kohlenstoffen aus der Agrar- und Forstwirtschaft. Somit können auch Sektoren wie die Luft- und Schifffahrt mit hohen Anforderungen an ihre Kraftstoffe dekarbonisiert werden.
 

Elektrolyse zur nachhaltigen Erzeugung von Wasserstoff

Schon im Jahr 1800 entdeckten zwei Engländer, William Nicholson und Anthony Carlisle, die Elektrolyse, also ein Verfahren, um Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Dies gelang mithilfe von Gleichstrom. Damit begründeten die beiden Briten ein neues Feld der Chemie, die Elektrochemie.

Für viele Jahrzehnte war die Elektrolyse von Wasser die Standardmethode, um Wasserstoff herzustellen, und veranlasste den französischen Schriftsteller Jules Verne 1874 in seinem Roman „Die geheimnisvolle Insel“ zur Aussage: „Wasser ist die Kohle der Zukunft.“ Durch die Entwicklung der Erdgas-Infrastruktur hat sich im Laufe der Jahre die Gas-Reformierung und die Kohlevergasung als Hauptquelle für Wasserstoff durchgesetzt.

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 und ein schnelles Ein- und Ausschalten ohne Vorwärmen 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.

Der SILYZER 200 kann an Ihre speziellen Bedürfnisse angepasst werden. Dank seines Designs und der praktischen Erweiterungsoptionen bietet er maximale Flexibilität. Das Basissystem besteht aus mindestens einem Skid mit 1,25 MW. Mehrere Basissysteme können zu einem PEM-Elektrolyse-Verbund größerer Leistungsklassen kombiniert werden. Je nach Anforderung ergänzen zahlreiche technische Optionen das Komplettpaket. Dazu zählen unter anderem ein Rückkühlsystem, eine Wasseraufbereitung, Stromnetzanbindung und vieles mehr. Und natürlich ist alles perfekt aufeinander abgestimmt. Auch die Wasserstoffproduktion unter Hochdruckbetrieb schafft er bis zu 35 bar.

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.

Referenzen

Unsere Systeme in der Praxis