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.

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.

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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. (Foto: ACWA Power)