Wasserstoff rückt langsam in den US-Fokus

In den USA rückt Wasserstoff als Energieträger und Speichermedium in das Interessenfeld der Stromwirtschaft. Energiepolitisch fügt sich das CO2-freie Gas genau in die Umwelt- und Klimaschutzstrategie der Biden-Regierung ein. Vor allem das Energieministerium DOE (U.S. Department of Energy) hat sich des Themas angenommen und fördert entsprechende Technologieentwicklungen. Mit Siemens Energy erhält sogar eine US-Tochter des deutschen Technologiekonzerns DOE-Forschungszuschüsse.

Wasserstofftechnologie gilt als nicht ausgereift

Doch wird Wasserstoff weniger euphorisch in den US-Medien und in Fachkreisen dargestellt, als es in der Europäischen Union (EU) der Fall ist. Das Potenzial von Wasserstoff als Energieträger, Speichermedium und als Treibstoff für die Brennstoffzelle wird zwar gesehen. Doch bezeichnen Fachleute die Erzeugung, Lagerung und die Anwendung von Wasserstoff als technologisch noch nicht ausgereift. Auch müssen die anfallenden Kosten gesenkt werden.

Erste Projekte zur Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas als Brennstoff in Kraftwerksturbinen laufen in Utah und Florida. In Utah wird das kohlebefeuerte 840-Megawatt-Kraftwerk Intermountain auf Gasturbinen umgestellt. Ein Gemisch aus 70 Prozent Erdgas und 30 Prozent Wasserstoff soll die Turbinen antreiben. Anschließend wird der Wasserstoffanteil über mehrere Jahre gestaffelt angehoben, bei gleichzeitiger Weiterentwicklung der Turbinen, bis der Wasserstoffanteil irgendwann 100 Prozent beträgt. Die Energie zur Elektrolyse stammt aus regenerativen Quellen. Der gewonnene Wasserstoff wird in unterirdische Kavernen zur Lagerung gepresst.

Deutsche Technologie wird gefördert

Die Gasturbinen für Intermountain liefert zwar Mitsubishi Power, doch stammt das Elektrolyseverfahren von Siemens Energy. Derzeit verfeinert Siemens Energy das Zusammenspiel aus Elektrolyse, Wasserstoffkompression, Speicherung und Kontrolltechnik für das Kraftwerk. Für diese Arbeiten erhält das Unternehmen einen Forschungszuschuss des DOE. Siemens hatte schon zweimal zuvor Förderungen des DOE in Anspruch nehmen können: zum einen für ein Pilotprojekt mit dem Energieversorger Duke Energy und der Clemson University in South Carolina und zum anderen für die Entwicklung von Kompressorentechnik, die generell zur Umrüstung fossiler Kraftwerke auf Wasserstoff benötigt wird.

Siemens Energy gehört zu den weltweit führenden Anbietern von Energiesystemen, neben Mitsubishi Power, General Electric und Wärtsilä. Alle genannten Unternehmen arbeiten an neuen Generationen von Turbinen und Antrieben unter Beimischung von Wasserstoff.

In Florida liefert Siemens Energy Dampfturbinen, zusammen mit Gasturbinen von General Electric, die einem 20-Megawatt-Projekt der Florida Power & Light zum Einsatz gelangen. Auch hier wird ein Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff benutzt. Der Projektwert wird mit 65 Millionen US-Dollar angegeben.

USA haben keine nationale Wasserstoffstrategie

Im Unterschied zu anderen Staaten oder der EU verfügen die USA über keine nationale Wasserstoffstrategie. Erste Kraftwerksbetreiber interessieren sich trotzdem für das Gas, wie die Projekte in Utah und Florida zeigen. Mitsubishi hält auch nicht umsonst Lieferaufträge für wasserstofftaugliche Turbinen mit einer Gesamtleistung von 3.300 Megawatt in den Büchern. Der japanische Hersteller ist gleichfalls bei der Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff aktiv.

Wasserstoff als Alternative zu Batterieparks

Nicht nur Kraftwerksbetreiber, auch Stromversorger und Netzbetreiber interessieren sich für Wasserstoff, in ihrem Fall als Speichermedium für überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen. Erhoffte Kostenvorteile spielen dafür die ausschlaggebende Rolle, sind Akkumulatorenfarmen als Alternative doch sehr teuer. Auch können Akkus den elektrischen Strom im industriellen Maßstab nur über einige Stunden halten, wogegen Speicher in Form von Wasserstoff Tage und Wochen annähernd verlustfrei überdauern. Als Speicherorte für Wasserstoff kommen in erster Linie unterirdische Salzstöcke infrage, weshalb sich die ersten Stromunternehmen Optionen dafür gesichert haben.

Aber auch für die Wasserstoffspeicherung können noch nicht alle Fragen beantwortet werden. So liegt der Wirkungsgrad beim Umwandeln grünen Stroms in Wasserstoff und wieder zurück bei lediglich 40 bis 50 Prozent. "Das wird teuer", so ein Vertreter von Siemens Energy. "Eine der Herausforderungen besteht darin, den Wirkungsgrad zu erhöhen, sei es durch Kostensenkung bei der Erzeugung und Übertragung sauberen Stroms und bei der Elektrolyse oder durch die Erschließung zusätzlicher Anwendungsmöglichkeiten für Energie aus Wasserstoff." Aus diesem Grund testet Siemens Energy zusammen mit Duke Energy und der Clemson University, wie die bei der Verbrennung des Erdgas-Wasserstoffgemischs in einer 15-Megawatt-Turbine anfallende Wärme für das Heizungssystem auf dem Universitätscampus gefahrlos genutzt werden kann.

Noch nicht in den Strommarkt integriert

Kostensenkungen bei der Elektrolyse hängen unter anderem von der Integration dieser Technologie in den Strommarkt ab. Sollte ausschließlich überschüssige Wind- und Sonnenenergie zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden, würden die Kapitalkosten zur Elektrolyse und Speicherung und für die Transportinfrastruktur zu hoch ausfallen, wie Experten herausstreichen.

Sollte Wasserstoff von Anfang an auch zur Schließung kritischer Versorgungslücken in der Stromversorgung aus erneuerbaren Quellen eingeplant werden, sähe die Lage anders aus. Dann wären politische Entscheidungsträger sowie die Behörden zur Strommarktregulierung in den einzelnen Bundesstaaten regelrecht gezwungen, sich an entsprechenden Strukturen zu beteiligen und anfallende Betriebs- und Unterhaltskosten zu subventionieren.