Wer Wasserstoff effektiv nutzen will, kommt nicht umhin, sich mit seiner Herstellung auseinanderzusetzen, die überwiegend durch Wasserelektrolyse erfolgt. Dabei wird Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt. Verwendet man dafür ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen, entsteht grüner Wasserstoff, der vollständig CO2-frei ist. Derzeit wird der weltweite Bedarf von rund 90 Millionen Tonnen Wasserstoff jedoch nahezu vollständig durch grauen Wasserstoff gedeckt – eine Variante, die aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas gewonnen wird und bei der erhebliche CO2-Emissionen entstehen. Doch der Wandel ist bereits im Gange: Immer mehr Länder setzen verstärkt auf den Ausbau der grünen Wasserstoffproduktion, um das Gas bis zum Ende des Jahrhunderts in den benötigten Mengen bereitzustellen. Die Grundlage dafür bildet die sichere Elektrolyse.
Markthochlauf der Elektrolysetechnologie vorantreiben
Unternehmen und Forschungsinstitute arbeiten gemeinsam daran, die Prozesse in der Wasserstofferzeugung sicherer und effizienter zu gestalten. Dabei sind innovative Sensorlösungen gefragt, um kritische Parameter wie Durchfluss, Temperatur, Druck und Flüssigkeitsqualität exakt zu überwachen. Ein Beispiel für eine solche Zusammenarbeit ist die Partnerschaft zwischen dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und Endress+Hauser. Für die sichere Überwachung kritischer Prozessstellen wurden über 40 Messgeräte integriert, unter anderem das Vortex-Durchflussmessgerät Prowirl F200, der digitale Leitfähigkeitssensor Memosens CLS16E sowie der Temperatursensor iTHERM Moduline TM131.
Mit Hilfe dieser Expertise konnte das ZSW einen modularen Alkalischen Elektrolyse-Demonstrator erfolgreich aus dem Testbetrieb in den regulären Betrieb überführen. Um die Effizienz der Prozesse weiter zu optimieren und potenzielle Themen wie Qualitätsveränderungen oder Druckabfälle frühzeitig zu vermeiden, setzt Endress+Hauser zudem auf die innovative Heartbeat-Technology. Diese ermöglicht eine kontinuierliche Selbstdiagnose der Geräte und unterstützt durch vorausschauende Wartungsmaßnahmen eine langfristig sichere und effiziente Betriebsführung.
Neben der Alkalischen Elektrolyse (AEL) ist auch die Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM) ein bedeutendes Verfahren, wie es etwa bei dem Wasserstoff-Unternehmen Quest One (ehemals H-TEC Systems) zum Einsatz kommt. Auch hier werden präzise Messgeräte von Endress+Hauser eingesetzt, wie das Coriolis-Massedurchflussmessgerät F300. Der Füllstandsensor FMP51 sowie der Drucktransmitter Cerabar PMP51B sorgen darüber hinaus für die sichere und zuverlässige Steuerung der Gasseparatoren.
Qualitätssicherung im Fokus
Nach der Wasserstoffproduktion stehen die Qualitätssicherung und ein sicherer Transport im Mittelpunkt. Direkt an den Elektrolysezellen wird die Reinheit kontinuierlich überprüft, um eine effiziente Weiterverarbeitung zu gewährleisten. Optische Analysegeräte messen in Echtzeit Spurensauerstoff und Spurenfeuchte, um die erforderlichen Spezifikationen zu erfüllen. Der Transport erfolgt je nach Infrastruktur über umgewidmete Erdgasleitungen oder eigens neu errichtete Leitungen. Hier minimiert die TDLAS-Technologie von Endress+Hauser mithilfe präziser Echtzeitmessungen das Korrosionsrisiko in den Pipelines.
Eine alternative Methode zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff über große Distanzen sind Flüssige Organische Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHC). Diese Verbindungen wirken wie ein „Schwamm“, der Wasserstoff durch chemische Reaktionen aufnimmt und bei Bedarf wieder abgibt. Der Vorteil von LOHC-Systemen liegt darin, dass sie Wasserstoff sicher und effizient transportieren können, ohne dass eine spezielle Anpassung der vorhandenen Infrastruktur, wie beispielsweise Tankwagen oder Pipelines, erforderlich ist. Dies macht sie zu einer praktikablen und flexiblen Lösung für die Verteilung von Wasserstoff über weite Strecken. Eine große Herausforderung gibt es jedoch: Sowohl bei der Aufnahme (Hydrierung) als auch bei der Freisetzung (Dehydrierung) von Wasserstoff aus LOHC entstehen hohe Temperaturen. Um diese Prozesse sicher und effizient zu steuern, sind mehrere Messpunkte notwendig, die zentrale Parameter wie Durchfluss, Füllstand und Temperatur überwachen. Daher braucht es Coriolis-, thermische und Vortex-Durchflussmessgeräte, die zur Optimierung wasserstoffbasierter Prozesse beitragen. Präzise Füllstandmessgeräte sorgen zudem für eine zuverlässige Überwachung der Lagertanks.
Zukunftsfähige Wasserstoffspeicherung
Ein großer Vorteil von Wasserstoff ist seine Fähigkeit, überschüssige erneuerbare Energie zu speichern und bei Bedarf durch umgekehrte Elektrolyse wieder in Strom umzuwandeln. So wird er zu einem wichtigen Baustein für Klimaschutz und nachhaltige Energieversorgung. Zudem lässt sich Wasserstoff flexibel in bestehende Infrastrukturen integrieren. In Gasturbinen kann er als reiner Brennstoff oder dem Erdgas beigemischt für saubere Energie genutzt werden – eine effiziente Lösung zur CO2-Reduktion. Die Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas birgt unter anderem ein erhöhtes Risiko von Explosionen, dass Dank der Messtechnik von Endress+Hauser eingedämmt wird. Mit der Hilfe von Prozesslösungen von Endress+Hauser zeigt das Kraftwerk von Long Ridge Energy (LRE) in den USA erfolgreich die Einsatzfähigkeit von sauberem Wasserstoff in der globalen Kraftwerks- und Energieindustrie.
Für die langfristige Speicherung von Wasserstoff stellen Salzkavernen eine besonders sichere Lösung mit hoher Speicherkapazität dar. Diese natürlichen, stabilen Hohlräume, die durch einen Solprozess bergmännisch angelegt werden, eignen sich ideal zur Speicherung großer Mengen Wasserstoff. So kann überschüssiger grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen in Zeiten hoher Produktion zwischengespeichert und bei Bedarf, beispielsweise zur Stromerzeugung oder industriellen Nutzung, wieder abgerufen werden. Endress+Hauser spielt auch in diesem Bereich eine Schlüsselrolle, indem das Unternehmen eine breite Palette an Messtechnik entwickelt, um Ein- und Ausspeicherung des Wasserstoffs in Kavernen effizient und sicher zu gestalten.
Die erfolgreiche Umsetzung der Wasserstoffstrategie hängt also entscheidend von präziser Messtechnik ab. Sie sichert die Qualität des erzeugten Wasserstoffs, ermöglicht eine zuverlässige Überwachung kritischer Prozessstellen und schützt Infrastrukturen vor Risiken wie Korrosion oder Leckagen. Ob in der Elektrolyse, beim Transport durch Pipelines oder bei der Speicherung wie in Salzkavernen – ohne genaue Mess- und Analysetechnologien lassen sich Effizienz, Sicherheit und Skalierbarkeit nicht gewährleisten.
