Power-to-X
03.12.2018

Desertec 2.0: Chance für eine Wasserstoff-Wirtschaft

Foto: ACWA Power
PV-Projekte in der MENA-Region sollen Strom für weniger als 2 Cent pro Kilowattstunde liefern. Mit einem effizienten Herstellungsprozess könnte eine Methanol-Produktion in den Wüstenländern interessant werden.

Das Desertec-Projekt in der Sahara war einst der Hoffnungsträger deutscher Energiekonzerne. Gestorben ist es nicht – im Gegenteil: Es könnte bei der Erzeugung von Wasserstoff eine wichtige Rolle spielen.

Das 2016 in Betrieb genommene Noor-Kraftwerk im marokkanischen Ouarzazarte ist das größte Sonnenenergieprojekt der Welt. Ein früheres Vorhaben, bei dem ebenfalls riesige Solarkomplexe in die Wüste gestellt werden sollten, scheiterte: Das Desertec-Projekt sah in den 2000er Jahren vor, dass Photovoltaik-Anlagen die Energieversorgung von Teilen Europas mithilfe eines gigantischen Stromnetzes übernehmen. Doch schnell war klar, dass Nordafrika und der Nahe Osten den Strom brauchen, um ihren steigenden Eigenbedarf zu decken.

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Europa könnte in Nordafrika aber mit einem anderen Konzept ins Spiel kommen: dem Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft. Die Idee einiger Wissenschaftler ist, das Gas mithilfe erneuerbaren Stroms in einer verbesserten Elektrolyse-Reaktion herzustellen. Die sonnenreichen Wüsten Nordafrikas und des Nahen Ostens böten dafür besonders gute Bedingungen. Hier produzieren Photovoltaik-Module (PV) inzwischen Grünstrom zu Preisen von 2 Cent pro Kilowattstunde.

Solarkraftwerk Noor in Marokko
Projekte wie das Solarkraftwerk Noor im marokkanischen Ouarzazarte mit 570 Megawatt
sollten ursprünglich das Rückgrat des Desertec-Vorhabens sein. Foto: ACWA Power

„Weil die Produktion damit im Vergleich mit Energie aus fossilen Rohstoffen wettbewerbsfähig ist, schießen Erneuerbaren-Projekte in der Wüste wie Pilze aus dem Boden“, sagt Paul van Son, Landesvorsitzender für die Region Nordafrika und Naher Osten (MENA) sowie die Türkei bei der RWE-Tochter Innogy. Sollte zunächst der Export von Strom im Vordergrund stehen, dann sei der stoffliche Energieaustausch über Wasserstoff eine weitere Übertragungsform nach Europa.

500 Ökoenergie-Projekte umgesetzt

Van Son hatte einst die Desertec Industrial Initiative (Dii) in Dubai aufgebaut. Deren Aufgabe war es, einen regulatorischen und juristischen Rahmen für das Wüstenstromprojekt zu schaffen. Zudem sollten Studien angefertigt und ein Rollout-Plan entwickelt werden. Nach Dii-Angaben wurden in der Region in den Jahren bis 2017 etwa 500 Ökoenergie-Projekte umgesetzt.

Wasserstoff aus der Wüste könnte auch ein Ausgangsprodukt für die Methanol-Wirtschaft sein. Bereits Anfang des vergangenen Jahrzehnts entwickelte der Chemie-Nobelpreisträger George Olah an der Universität Los Angeles entsprechende Verarbeitungskonzepte wesentlich weiter.

Methanol-Herstellung könnte Energiewende anschieben

Die Umwandlung von Wasserstoff in Methanol könnte ein Baustein sein, um die Energiewende in Deutschland voranzutreiben. Zwar geht der Ausbau der erneuerbaren Energien voran, doch hinkt die Sektorenkopplung durch sogenannte Power-to-X-Technologien ähnlich wie der Netzausbau hinterher. Der einfache Alkohol kann aus Wasserstoff und Kohlendioxid gewonnen werden, speichert Energie in einer flüssigen, leicht zu lagernden Form und kann Verbrennungsmotoren antreiben. Bereits heute enthält Benzin einen Methanol-Anteil von drei Prozent.

Bei fortschreitender technischer Entwicklung wäre eine Methanol-Produktion in Nordafrika und im Nahen Osten eine interessante Option. Umfassend erforscht werden soll dies mit den „Kopernikus-Projekten zur Energiewende“. Sie sind auf zehn Jahre angelegt, das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert sie mit 400 Millionen Euro.  „Noch hapert es an der Effizienz der Prozesse“, sagt Ferdi Schüth, Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim. Denn bislang wird der zur Methanol-Herstellung nötige Wasserstoff in Europa aus Erdgas produziert, die Produktionskosten liegen bei etwa einem Euro pro Kilogramm. Im Handel ist Wasserstoff erheblich teurer, da er in Druckgasflaschen abgefüllt und transportiert werden muss. Dieser Wasserstoff hat einen Energiegehalt von etwa 33 Kilowattstunden (kWh) pro Kilogramm – das ist etwa dreimal soviel Energie, wie sie bei der Verbrennung eines Kilogramms Rohöl frei würde.

Kosten in Dimensionen wie bei Erdgas-Produktion

Bei 100-prozentiger Effizienz würde eine Elektrolyse-Anlage dementsprechend 33 kWh Energie brauchen, um ein Kilo Wasserstoff zu produzieren, kalkuliert der Chemiker. Allerdings haben Wasserstoff-Elektrolyseure, abhängig von der genauen Konfiguration, momentan nur einen Wirkungsgrad von 75 Prozent. Dennoch: bei einem Elektrizitätspreis von 2 Cent pro Kilowattstunde kämen die Kosten der Wasserstoffproduktion per Elektrolyse in ähnliche Dimensionen wie die der Produktion aus Erdgas, wobei die Anlagenkosten dabei noch nicht berücksichtigt sind.

Eine weitere Voraussetzung für eine effiziente Methanol-Produktion ist die Verfügbarkeit des Ausgangsstoffes Kohlendioxid in hoher Konzentration. Nach den Vorstellungen des Stahlkonzerns Thyssen-Krupp soll es möglich werden, dabei Hochofen-Prozesse einzubringen. Beim Hochofenprozess wird flüssiges Roheisen durch die Umsetzung von Eisenerzen, meistens Oxiden, in einem kontinuierlichen Reduktions-Schmelzprozess umgewandelt. Die Steinkohle dient dabei als Reduktionsmittel, weshalb große Mengen Kohlendioxid frei werden.

Neue Chancen für Solarthermie

Neue Chancen sehen Experten mit Blick auf die Wasserstoffgewinnung auch für die anfangs zur Stromproduktion in der Wüste vorgeschlagenen solarthermischen CSP-Kraftwerke. Dabei wird Sonnenlicht mithilfe von Spiegeln so stark konzentriert, dass daraus heißer Dampf erzeugt werden kann, der wiederum Strom produziert. „Zur Steigerung der Effizienz bei der Wasserstoffproduktion sind Hochtemperatur-Elektrolysen geeignet“, sagt Robert Pitz-Paal vom Institut für Solarforschung vom Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Die Kombination von Photovoltaik-Anlagen und CSP-Kraftwerken mit thermischen Speichern ermöglicht es, Solarstrom kostengünstig rund um die Uhr bereitzustellen. Dadurch würden die vergleichsweise teuren Elektrolyseure besser ausgelastet. „Zudem kann die CSP-Anlage auch die Wärmeenergie für eine Hochtemperatur-Elektrolyse des Wassers liefern“, sagt Pitz-Paal.

Lesen Sie auch: Forscher: Deutschland braucht Elektrolyse im Gigawattbereich

Thomas Isenburg
Keywords:
Wasserstoff | Methanol | Power-to-X | Power-to-Liquid | Power-to-gas
Ressorts:
Technology | Markets

Kommentare

Na dann dranbleiben!

Das mit dem Methanol erscheint mir nicht sehr ökologisch.

Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht wieder Wasser, daher könnte der Verbrauch von Trinkwasser zur Herstellung entschuldigt werden, da es rückgewonnen wird.

Wenn Methanol verbrennt wird CO2 frei. Da das CO2 zur Herstellung nicht aus der Luft entfernt wurde, sondern künstlich erzeugt wurde, wird weiterhin CO2 ausgestoßen, und relativ viel auch noch, da sowohl beim Herstellungsprozess nicht alles umgewandelt werden kann und Teile freiwerden, als auch beim Verbrennen später, und gleichzeitig noch Trinkwasser verbraucht wird.

Das erscheint mir sehr sinnlos von Umweltschutzaspekten her, wenn Wasserstoff pur als Alternative dagegen steht.

Desertec wurde nicht fallen gelassen weil es sich plötzlich nicht mehr lohnte, sondern aufgrund des "arabischen Frühlings", der plötzlich eine gefährliche politische Instabilität des nordafrikanischen Raumes suggerierte. Offenbar sind die Europäer nicht die einzigen, die ein großskaliertes, also nur von einer Industrie zu betreibendes Energieszenario für eine großen Markt umsetzen möchten. Anders kann man sich die Bewaffnung und Finanzierung aller möglicher Rebellengruppen, ganz unabhängig von den Zielen, die diese vertreten, kaum erklären. Die Destabilisierung dieses Raumes durch die Ausschaltung des lybischen Führers Ghaddafi, sowie die Ausschaltung Ägyptens als arabischer Kultur- und Machtfaktor, die massive Aufrüstung Saudiarabiens, deuten natürlich auf eine bestimmte Supermacht hin. Die Frage bei Desertec, egal ob ohne Nummer oder 2.0 ist ganz einfach, ob die selbe Supermacht nicht wieder ein solches Sperrfeuer legt um Europas Energieautarkieträume erneut zu beerdigen. Die zweite Frage ist natürlich auch, wie energieautark Europa mit einer nach Nordafrika ausgelagerten Energieproduktion überhaupt wäre. Mit einer Art Neokolonialismus ginge das natürlich, diese zudem menschenunwürdige "Lösung" ist aber schon einmal grandios gescheitert. Offenbar hat sich zwar die europäische Politik aus dem Kolonialismus verabschiedet, nicht aber die europäische Industrie. Nachhaltige Lösungen sind auch regional und lokal anwendbare Praktiken. Dass dafür nur noch ein kleiner Teil einer großen Industrie nötig ist, der zudem durch Behinderung zum größten Teil ins Ausland abgewandert ist, ist natürlich ärgerlich, galt dieser Teil der Produktionskette doch lange als nicht rentabel genug. Und man möchte in der deutschen Industriewirtschaft zurück zum Quasimonopol. Dass auch dies nicht mehr, oder nur mit Gewalt geht , begreift diese Industrie offenbar nicht und es ist ihr wohl auch egal. Profit geht vor Frieden, egal wo. Jedenfalls werden die USA nicht zusehen wie sich Europa seine Einflusssphäre aus dem vorletzten Jahrhundert wieder zurück holt, die es im letzten Jahrhundert an die USA verloren hat. Es könnte also wieder eine "Destabilisierungswelle" durch Afrika und den Nahen Osten laufen, der ebenfalls mehr als genug geblutet hat. Deshalb ist Desertec ohne die USA nicht zu machen und die haben wenig Interesse, den militärisch-strategischen Nachteil Europas, der gleichzeitig einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet, nämlich die Nähe zu mehreren anderen Kultur- und Wirtschaftsräumen, durch einen Schulterschluss zwischen Europa und Nordafrika und dazu womöglich über Russland mit China zu befeuern. Dies wäre der größte zusammenhängende Wirtschaftsraum, der jemals auf diesem Planeten bestand hatte und die USA schnell an den Rand drängen würde. Das kann die USA als imperiale Macht nicht zulassen.

Es gibt Verfahren die eine viel höhere Effizienz haben. Man kann unter anderem zum Trennen die Frequenz der H und O Atome nutzen.

Schön, da dachte ich bisher, Desertec u.a. Projekte seien die Atombombe der großen Energiekonzerne zur Abwehr der regionalen und kommunalen Energieprojekte, deren Behinderung, weil das technologisch und für die Gesellschaft sinnvoll und notwendig wäre. Jetz weiß ich, daß nur die Großen die Zukunft der Menschheit sichern, die wollen gar nicht ihr Monopol und ihre Profitquellen verteidigen. Aber Geld von denen nehmt Ihr natürlich nicht, gelle?

Global betrachtet ist für die solare Stromversorgung die Atacamawüste in Peru der ideale Standort. Dadurch dass die Wüste auf rund 3.500 Meter liegt und durch die Wetterlage nie verschattung eintritt, bedeutet dass 4400 Sonnenstunden und durch die Höhe über NN einen 25% höheren Produktionsfaktor durch die höhere UV-Strahlung. Der Strom kann hier für unter einen Euro produziert werde.

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