Meerwasser Agrar-Wasserstoff

Gastartikel

Unsere Mobilität muss schnell auf regenerative Energien umgestellt werden. Dabei ist regenerativer Wasserstoff eine wichtige Kerntechnologie. Anders als Batterien liefert nur Power-2-Gas die nötige Energiedichte und somit Reichweite, Transport- und Lagerfähigkeit, sowie auch die schnelle Neubetankung, die für eine breite Umsetzung benötigt wird. Gerade die Flotte von hunderttausenden Lastwagen auf deutschen Straßen bietet sich für eine schnelle Umstellung an, da diese nicht nur einen hohen Verbrauch, sondern auch sehr lange Laufzeiten und hohe Transportkapazitäten haben. Auf diese Weise kann sich die neue Technik schnell amortisieren und das auszubauende Wasserstofftankstellennetz muss bei weitem nicht so eng geknüpft sein, wie das für Privatfahrzeuge nötig wäre.

Sobald die Technik etabliert und damit günstig genug ist, können auch private Fahrzeuge und die zugehörige Infrastruktur nachziehen.

Doch eine große Hürde auf dem Weg zur regenerativen Wasserstoffmobilität bleibt bestehen:

Der Preis!

arid-Pexels-Pixabay_72dpiFür die Wasserstoff-Elektrolyse werden sehr große Energiemengen über einen sehr langen Zeitraum benötigt. Zudem muss diese Energie sehr günstig sein, um preislich mit chemisch hergestelltem Wasserstoff oder Diesel zu konkurrieren.

Eine mögliche Schlüsseltechnologie, um einen solchen Quantensprung bei den Kosten von Solarstrom zu bewerkstelligen, nennt sich IrrigationNets. Es handelt sich dabei um eine Meerwasserkühlung für Solarkraftwerke und die Landwirtschaft. Mit diesen speziellen Kühlanlagen können mit Hilfe von Meerwasser sehr große Mengen kalter salzfreier feuchter Luft produziert werden.

Auf diese Weise kann man in der Mittelmeerregion, wo genügend Sonnenstrahlung vorhanden ist, die Effektivität der Solarkraftwerke kühlungsbedingt um bis zu 20% steigern. Weiterhin kann die Lebensdauer der Module um bis zu 30% verlängert werden. Dieser Effekt macht sich über die gesamte Lebensdauer der Module bemerkbar und sorgt für einen langsameren alterungsbedingten Leistungsverlust und somit auch in den ersten 20 Jahren für einen erheblichen zusätzlichen Stromertrag.

Synergieeffekte mit der Landwirtschaft

Der eigentliche Kostensprung entsteht jedoch durch die Synergieeffekte in der lokalen Landwirtschaft. Durch die immer höheren Temperaturen und längeren Dürreperioden leidet weltweit die Landwirtschaft. Auch hier helfen die neuen meerwassergekühlten Solarkraftwerke.

Zum einen kann unter den etwas höher aufgestellten Solaranlagen weiterhin Landwirtschaft in wassersparender Teilverschattung betrieben werden. Es geht also keine Ackerfläche für Nahrungsmittel verloren. Stattdessen wird die Fläche doppelt genutzt und die Anbausicherheit sowie der Ertrag werden gesteigert.

Aber auch auf den umliegenden Feldern sorgen die zusätzliche Kühlung und Feuchtigkeit für Gewächshausfeeling ohne Gewächshäuser und führen somit zu ca. 30% höheren Erträgen.

Für diese Dienstleistung in der Landwirtschaft erhält der Solar-Investor eine Gewinnbeteiligung an den zusätzlichen Erträgen in der Landwirtschaft. Weiterhin darf das Solarkraftwerk die Ackerfläche kostenlos nutzen und das Gelände ist aktiv bewirtschaftet und damit bewacht. Das alles senkt die Stromgestehungskosten. Doch allein damit ist es auch noch nicht getan, denn man muss den Strom nicht nur günstig produzieren, sondern diesen auch noch vollständig verbrauchen. Denn nur wenn man den Strom auch verkaufen kann, kann sich das Kraftwerk auch bei geringen Strompreisen rechnen.

Aufgrund der bekannten glockenförmigen Leistungskurve von Solarkraftwerken ist das kein leichtes Unterfangen. Zwar lassen sich inzwischen die meisten Elektrolyseverfahren dynamisch im Verbrauch anpassen, doch auch hier ist der Kapazitätsausbau durch die Kosten und die bei einem größeren Ausbau geringeren Volllastzeiten begrenzt. Daher ist es nötig, gestaffelte Verbraucher sowie  eine gewisse Batteriekapazität in das lokale Smart Grid zu integrieren.

Günstiger Überschuss Strom und gestaffelte Verbraucher

desert-Pexels-Pixabay_72dpiDer Hauptteil der Stromproduktion des Kraftwerks wird vorrangig an die lokalen Stromnetze verkauft und sorgt mit einem normalen Strompreis für einen großen Teil der Amortisation.

Die Wasserstofferzeugung läuft zu diesen Hochpreis-Zeiten auf niedriger Stufe mit, um die Elektrolyseanlagen nicht durch Ein- und Ausschaltvorgänge zu belasten. Bei günstigem Überschussstrom über die Mittagszeit kann die Wasserstofferzeugung dann von ca. 10% auf 100%  hochgefahren werden.

Die nächste Verbrauchsstufe, die nur zur Mittagszeit läuft, ist dann die Wasserstoffverdichtung und -kühlung zur Erzeugung von Flüssiggas. Auf diese Weise kann durch diese großen Verbraucher, die sehr große Energiemengen in kurzer Zeit umsetzen können, die sehr hohe Leistungskurve eines Solarkraftwerks ohne extrem große zusätzliche Speicher genutzt werden.

Entsalzungs-Speicher-Klimaanlagen
Ein großer Verbraucher in diesen Regionen sind auch die Klimasysteme von großen Gebäuden. Gerade Klimaanlagen lohnen sich für einen gezielten Verbrauch von günstigem Überschussstrom. Mit Hilfe von großen Wassertanks kann in diesen Tanks Eis produziert und die Energie somit für einen späteren Verbrauch im Laufe des Tages gespeichert werden. Dabei ist Eiserzeugung auch eine Form der Meerwasserentsalzung, da das Eis praktisch salzfrei ist. Nach erfolgter Speicherung muss nur das restliche hochkonzentrierte Salzwasser als erstes abgelassen und zur Gebäudekühlung eingesetzt werden. Erst danach wird das Eis geschmolzen und das Trinkwasser nach der Nutzung zur Kühlung in die Trinkwasserversorgung eingespeist. Im Normalfall würde sich eine Entsalzung per Vereisung aufgrund des hohen Energieverbrauchs nicht rechnen. Wenn man zur Speicherung jedoch sowieso Eis erzeugen muss, ist die Entsalzung praktisch ein kostenloser Nebeneffekt.

Abwärmenutzung
Eine weitere wichtige Schlüsselkomponente bei der Erzeugung von regenerativem Wasserstoff ist auch die Abwärmenutzung von der Elektrolyse sowie der Wasserstoffverdichtung. Mit Hilfe von ORC- Anlagen (Organic-Rankine-Cycle-Prozess) kann wiederum Strom aus der Abwärme gewonnen werden. Beim ORC-Prozess handelt es sich im Prinzip um ein normales turbinengetriebenes Kraftwerk, nur dass diese Kraftwerke anstatt Wasser ein anderes Arbeitsfluid einsetzen und dadurch mit wesentlich geringeren Temperaturen von nur 300°C auskommen. Das ist ein Abwärmeniveau, was vor allem bei der Gasverdichtung sehr leicht erreicht wird. Hier wurden schon Verdichtungsanlagen getestet, die bis zu 400°C an Abwärme erzeugen.

Übergangstechnologien

Gerade die Umstellung von Benzin auf Wasserstoff ist aufgrund der benötigten Infrastruktur und Versorgungslogistik von hohen Investitionen abhängig, aber eben auch mit diversen Versorgungslücken und somit Anlaufschwierigkeiten verbunden. Hier können Übergangstechnologien helfen. So bietet die Firma Wankel Super Tec GmbH einen speziellen Wasserstoffmotor an, der sowohl mit Wasserstoff als auch mit einer Vielzahl von klassischen Kraftstoffen betrieben werden kann. Zudem kann der Motor auch mit Wasserstoff von geringer Qualität fahren, während Brennstoffzellen zu 99% reinen Wasserstoff benötigen, welcher aufwändiger in der Produktion ist.

Fazit

Die Technologien, die wir für eine Umstellung auf eine regenerative Wasserstoffmobilität benötigen, stehen schon heute zur Verfügung. Nur der Aufbau der nötigen Infrastruktur muss konsequent verfolgt werden und ist eine gesellschaftliche Aufgabe, welche die verschiedenen Staaten gemeinsam verfolgen sollten. Teile dieser Infrastruktur stehen sogar schon zur Verfügung. So existieren bereits die Gas-Tankschiffe, welche derzeit noch Flüssiggas aus Amerika zu uns verschiffen. Auch sollte die OPEC dringend Investitionen in die neuen Energiemärkte durchführen, um den dann sinkenden Bedarf an Erdöl zu kompensieren.

Fotos: Pexels/ Pixabay

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