Photovoltaik-Wasserstoff könnte in Deutschland bereits zum Preis von 6,23 Euro pro Kilogramm produziert werden

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von pv magazine Global

Forschende der Fachhochschule Köln haben das Potenzial Deutschlands zur dezentralen Erzeugung von grünem Wasserstoff auf der Grundlage von Photovoltaik und Elektrolyseuren in verschiedenen Szenarien bewertet. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass diese Kombination bereits heute mit blauem oder grauem, aus fossilen Brennstoffen erzeugtem Wasserstoff konkurrenzfähig ist. Ihre Arbeit konzentrierte sich auf alkalische Elektrolyseure (AEM), die sie als ausgereifte Technologie im Megawatt-Maßstab bezeichneten, und auf Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (PEM), die sie als relativ neue Technologie für Anwendungen im kleinen Maßstab definierten. „Obwohl die alkalische Elektrolyse eine bevorzugte Technologie ist, gewinnt die Proton-Elektrolyse langsam die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler“, heißt es in der Meldung.

Als Standort für die Fallstudie wählten die Forschenden Köln aus, wo mehrere Unternehmen Wasserstoff produzieren und verbrauchen. Auch die Nachfrage nach Wasserstoff an Tankstellen steige derzeit in Köln. Sie gingen vom Einsatz eines Photovoltaik-betriebenen Elektrolyseurs mit einer Produktionskapazität von 21,36 Kilogramm am Tag aus. Das alkalische Gerät wurde für eine installierte Leistung von 49 Kilowatt und der Protonaustausch-Elektrolyseur für eine Leistung von 62 Kilowatt ausgelegt. Der Ausgangsdruck wurde für letztere mit 29,9 bar und für erstere mit 9,9 bar angegeben.

Die Forschenden untersuchten sechs verschiedene Szenarien: ein AEM-Elektrolyseur, der von einer netzunabhängigen Photovoltaik-Anlage mit einer Leistung von 2,6 Megawatt und einer Batterie mit einer Kapazität von 7.250 Kilowattstunden betrieben wird; ein PEM-Elektrolyseur, der von einer 3,3 Megawatt netzunabhängigen Photovoltaik-Anlage mit einer Batterie mit einer Kapazität von 9.125 Kilowattstunden; ein AEM-Elektrolyseur, der von einer 850 Kilowatt netzgekoppelten Solaranlage angetrieben wird; ein PEM-Elektrolyseur, der von einer 1 Megawatt netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage angetrieben wird; ein AEM-Elektrolyseur, der von einer 680 Kilowattstunden netzunabhängigen Photovoltaik-Anlage mit einer Batterie mit 1.500 Kilowattstunden Kapazität und mit begrenzter Betriebszeit angetrieben wird; und ein PEM-Elektrolyseur, der von einer 950 Kilowatt starken netzunabhängigen Photovoltaik-Anlage mit einer Batterie von 2.000 Kilowattstunden Kapazität und begrenzter Betriebszeit betrieben wird.

Für die letzten beiden Szenarien wurden die Betriebsstunden des Elektrolyseurs so gewählt, dass sie mit der tatsächlichen Zeit der Stromerzeugung übereinstimmen. Die Wasserstoffkosten wurden unter Berücksichtigung der Anfangsinvestition für den Bau der Systeme, der jährlichen Betriebskosten, der jährlichen Wasserstoffproduktion, des Abzinsungssatzes und der Systemlebensdauer, die für alle Szenarien 20 Jahre betrug, bewertet.

Die höheren Gestehungskosten für Wasserstoff (LCOH) ergaben sich für Elektrolyseure, die mit netzunabhängigen Photovoltaik-Anlagen betrieben werden, was die Forschenden mit den höheren Kosten, die durch die notwendige Beschaffung eines Batteriespeichers entstehen, erklären „Im Szenario des netzunabhängigen, eingeschränkten Betriebs ist die Systemgröße zwar geringer, aber der LCOH-Wert ist immer noch hoch“, so die Forschenden. Sie merkten an, dass die beste Leistung mit dem netzgekoppelten Solarstrom für den AEM-Elektrolyseur erzielt wurde, der Wasserstoffgestehungskosten von 6,23 Euro pro Kilogramm erreichte. Zum Vergleich: Der mit netzunabhängiger Photovoltaik betriebene PEM-Elektrolyseur kam auf 57,61 Euro pro Kilogramm. „Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Idee, die Elektrolyseure 24 Stunden am Tag und das ganze Jahr über netzunabhängig zu betreiben, wirtschaftlich nicht machbar ist, da der erzeugte Wasserstoff sehr teuer ist“, so die Forscher.

Ihre Arbeit liefert auch ein Modell für die Systemdimensionierung und ermöglicht die Berechnung der Gestehungskosten für Wasserstoff überall auf der Welt durch Änderung der relevanten Eingangsparameter. Sie stellten sie in dem wissenschaftlichen Artikel „Hydrogen as energy carrier: Techno-economic assessment of decentralized hydrogen production in Germany„, der kürzlich in der Zeitschrift „Renewable Energy“ veröffentlicht wurde.

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