Power-to-X: Grüner Wasserstoff als Energieträger der Zukunft
KLINGER Germany Power-To-X Wasserstoff-Dichtungslösungen: ✓ Weltweite Wasserstoff-Offensive ✓ Infografik zu grüner Energie ✓ Interview mit Norbert Weimer
Wie Wasserstoff als Energieträger zur grünen Klimawende beitragen kann, weiß KLINGER-Experte Norbert Weimer. Im Faktencheck erklärt er außerdem, welche Dichtungslösungen KLINGER für den Wasserstoffmarkt bereithält.
„Die notwendige Energiewende werden wir nur mit grünem Wasserstoff als Energieträger meistern. Wasserstoff ist das Öl der Zukunft!“
Von dieser Entwicklung ist Norbert Weimer, Standortleiter von KLINGER Germany, überzeugt. Und nicht nur er: Weltweit prophezeien viele Wissenschaftler, Politiker und Wirtschaftsexperten eine grüne Energiewende mit Wasserstoff als Schlüsseltechnologie.
So will der österreichische Bundeskanzler Sebastian Kurz Österreich zur "Wasserstoffnation" ausbauen. Und auch in Deutschland macht eine nationale Wasserstoffstrategie die Bahn frei für den großflächigen Einsatz des Mediums. Europaweit sind 150 ähnliche Förderprojekte am Start, und auch China nahm im Mai 2020 erstmals die Förderung von Wasserstoff in den nationalen Entwicklungsplan auf. Ab sofort werden hier beispielsweise Wasserstofftankstellen staatlich subventioniert. Entsprechend steil steigen weltweit die – auch von Corona nicht negativ beeinträchtigten – Kurse der Wasserstoff-Aktien.
„Wasserstoff – Chancen, Herausforderungen und Lösungen von KLINGER“
Expertencheck mit Norbert Weimer, Standortleiter KLINGER Germany:
Über Norbert Weimer
Norbert Weimer ist Standortleiter der KLINGER GmbH in Deutschland. Die KLINGER GmbH ist Mitglied der Arbeitsgruppe Power-to-X for Applications, die der VDMA (Verband deutscher Maschinen- und Anlagenbau) 2018 ins Leben rief. Mit an Bord sind hier unter anderem Konzerne wie Siemens, MAN oder Thyssen Krupp.
In welchen Bereichen ist Wasserstoff als Energiequelle heute schon im Einsatz? Als Energieträger ist Wasserstoff aktuell noch begrenzt im Einsatz. Beispielsweise beim Schweißen, als Raketentreibstoff, in Brennstoffzellen und in seltenen Fällen auch bereits beim KFZ-Antrieb. Europaweit stehen den Lenkern derzeit circa 140 Wasserstofftankstellen zur Verfügung. Wasserstoff dient aber auch als chemischer Rohstoff bei der Ammoniakherstellung oder wird als „Packgas“ (E949) zur Konservierung von Lebensmitteln verwendet. Große Mengen werden zudem in Raffinerien zur Hydrierung benötigt.
Wo sehen Sie in Zukunft die wichtigsten Einsatzbereiche für Wasserstoff? Im Antrieb von Nutzfahrzeugen wie LKW, aber auch in Bussen oder Zügen. Danach kommen industrielle Anwendungen, in der Chemie oder Stahlerzeugung, zur Reduzierung des Eisenoxides, sowie e-Fuels wie Benzin, Kerosin oder Diesel, um etwa Flugzeuge anzutreiben.
Was sind die besonderen Herausforderungen beim Handling von Wasserstoff - und welche Lösungen bietet KLINGER an? Das Wasserstoff-Molekül ist besonders klein, noch kleiner als beispielsweise Helium, und kann daher an porösen Stellen leicht entkommen. Deswegen ist Leckage hier ein größeres Problem als bei anderen Medien. Dazu kommt, dass Wasserstoff, wie auch andere Brenngase, in Verbindung mit Sauerstoff und einem winzigen Funken entflammbar und explosiv ist.
Diesen Eigenschaften begegnen wir mit
» besonders hochwertigen Produkten
» hoher Dichtheit
» hoher Montagequalität.
Power-to-X: Ökostrom verwenden, wann und wo er gebraucht wird
Aber was sind nun eigentlich die Vorteile dieses Gases, warum der Hype? Die große Stärke von Wasserstoff ist seine Vielseitigkeit. Im Gegensatz zu elektrischem Strom kann er besser gespeichert werden. Deshalb ist Wasserstoff das ideale Trägermedium, um saisonale Überschüsse aus Wind-, Wasser- oder Solarkraft zu speichern und im Weiteren als Ausgangsprodukt für nachfolgende Energieträger oder als Rohstoff für Industrieprozesse zu verwenden.
Diesen Transfer von CO2-neutral erzeugter Energie auf nachfolgende Prozessstufen bezeichnen Fachleute als „Power-to-X“ oder kurz P2X.
Sektorenkopplung als globale Aufgabe
P2X sorgt dafür, dass grüner Strom – umgewandelt in andere Energieträger – auch abseits verfügbarer Steckdosen eingesetzt werden kann, etwa, um Fahrzeuge, Flugzeuge oder Schiffe anzutreiben. Im Fachjargon nennt man es „Sektorenkopplung“, wenn der Energiebedarf verschiedener Sektoren dabei über das Medium Wasserstoff und seine Nachfolgeprodukte gekoppelt wird.
Nachhaltige Kreislaufwirtschaft mit Hilfe von Wasserstoff: An mehreren neuralgischen Punkten kommen KLINGER-Dichtungen zum Einsatz.
So könnte die flexible Nutzung des Wasserstoffs zur Energiewende beitragen. Allerdings: Auf dem Weg zur Umsetzung dieses ehrgeizigen Konzepts gibt es eine Reihe von Herausforderungen. So fehlt derzeit noch die Infrastruktur, die benötigt würde, um größere Mengen des sehr flüchtigen und extrem leichten Gases zu transportieren. Momentan wird daran gearbeitet, Wasserstoff als Beimischung über Erdgas-Versorgungsleitungen zu transportieren, um so bei der Verbrennung den CO2-Anteil zu reduzieren.
Wird grüner Wasserstoff in Ländern mit viel Sonnen- und Windenergie erzeugt, kann er dort in Methanol oder e-Fuels wie Benzin, Kerosin und Diesel umgewandelt und dann herkömmlich transportiert werden. Dies wäre eine Möglichkeit beispielsweise den Flugverkehr klimaneutral zu gestalten. Die Sektorenkopplung ist also eine globale Aufgabe.
Wasserstoff
Wasserstoff ist ein molekulares Gas mit der chemischen Formel H2. Es ist auf der Erde in Wasser gebunden und steckt damit in fast jeder organischen Verbindung. Lässt man Wasserstoff mit Sauerstoff reagieren, erhält man Wasser und – da die Reaktion exotherm (also wärmeerzeugend) ist – als Nebenprodukt Energie.
Wasserstoff + Sauerstoff = Energie
Wie Strom ist Wasserstoff kein Primärenergieträger, der einfach abgebaut und verwendet werden kann. Wasserstoff muss erzeugt werden, was einen gewissen Energieaufwand voraussetzt. Je nach Art der verwendeten Energiequelle wird Wasserstoff in eine Farbskala eingeteilt.
Grauer Wasserstoff → wird mit Hilfe fossiler Brennstoffe wie Erdgas oder Kohle gewonnen. Das CO2 gelangt anschließend in die Atmosphäre und verstärkt den Treibhauseffekt. Beispiel: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff werden rund zehn Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. Diese Produktionsweise ist derzeit noch die häufigste.
Blauer Wasserstoff → ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Herstellung abgespalten und gespeichert wird (Englisch: Carbon Capture and Storage, CCS). Dazu wird es in unterirdischen Hohlräumen gelagert oder als Rohstoff der chemischen Industrie weiterverarbeitet. Bei diesem Vorgehen gelangt das CO2 nicht in die Atmosphäre, sodass diese Wasserstoffproduktion als CO2-neutral betrachtet werden kann.
Türkiser Wasserstoff → wird über die thermische Spaltung von Methan erzeugt. Voraussetzung für eine CO2-Neutralität ist, dass der dazu notwendige Hochtemperaturreaktor mit erneuerbaren Energien betrieben und anstelle CO2 fester Kohlenstoff entsteht.
Grüner Wasserstoff → Herstellung mit 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien, daher wirklich CO2-neutral.
Nachhaltigkeit
Wirklich grün ist Wasserstoff nur, wenn auch der zu seiner Herstellung genutzte Strom grün ist. Werden dabei fossile Energieträger wie Erdgas oder Kohle genutzt, entsteht bei der Synthese nach wie vor CO2. Wird die notwendige Energie zur Wasserstoffherstellung allerdings grün erzeugt, lässt sich Wasserstoff als Energieträger-Medium vollkommen CO2-neutral nutzen.
Sicheres Handling: Gummi-Stahl-Dichtungen, PTFE- und Faserstoffdichtungen
KLINGER-Produktemachen Transport, Lagerung und Weiterverarbeitung von Wasserstoff sicher. Denn mit Gummi-Stahl-Dichtungen, PTFE- und Faserstoffdichtungen von KLINGER gelingt es, Bauteilverbindungen selbst für die extrem kleinen Moleküle des Wasserstoffs dicht zu halten (siehe Expertencheck mit Norbert Weimer). Selbstverständlich sind alle Dichtungstypen ausreichend getestet und vom TÜV geprüft, denn Dichtheit ist beim Handling mit Wasserstoff essenziell, kann er sich doch in Kombination mit Sauerstoff und einem Funken in Sekundenschnelle entzünden. Stichwort: „Knallgasreaktion“). Um diesen Vorgang zu vermeiden ist höchste Qualität und Sicherheit Trumpf: „KLINGER hat die Kompetenz, die neuen P2X-Technologien mit der passenden Dichtungstechnik zu begleiten und umzusetzen“, sagt Weimer.
Alle KLINGER Dichtungstypen sind auf ihr Leckage-Verhalten gegenüber Wasserstoff vom TÜV geprüft und als besonders hochwertige Dichtungen anerkannt.
TÜV steht für Technischen Überwachungsverein. Es handelt sich um eine der großen Prüforganisationen in Deutschland zur Durchführung von Sicherheitskontrollen, meist wie sie durch staatliche Gesetze und Anordnungen vorgeschrieben sind.
Wussten Sie …
… dass der französische Schriftsteller Jules Verne schon im 19. Jahrhundert die Wirkkraft des Wasserstoffs voraussah? In seinem Roman „Die geheimnisvolle Insel“ (erschienen 1874) schrieb er: „Ich bin davon überzeugt, dass das Wasser einst als Brennstoff Verwendung findet, dass Wasserstoff und Sauerstoff, seine Bestandteile, zur Quelle der Wärme und des Lichts werden. Das Wasser ist die Kohle der Zukunft!“
Angebot an Industrie und technischen Handel
Die Produkte für Stanzer und den technischen Handel stehen also bereit (siehe KLINGER Produkt-Katalog für P2X), zudem freuen sich KLINGER-Experten wie Weimer schon, ihr Know-how endlich auch im Kundengespräch einzusetzen: „Die enge Zusammenarbeit über den Distributionsweg vom Hersteller über den Stanzer und Händler bis zum Anlagenbauer und Anwender garantiert sichere, effiziente und dauerhafte Dichtungslösungen in der Wasserstoffwirtschaft.“
Power-to-X: Stromerzeigung durch erneuerbare Energien
Dichtungen für Dampf- und Wasserturbinen mit Zu- und Ableitungen und als Korrosionsschutz zwischen Turmsegmenten von Windrädern.
KLINGERSIL C-4400 und C-4430
KLINGER KGS G II
KLINGER TopChem 2000
KLINGERgraphit
KLINGER Milam
KLINGER KNS
Power-to-X: Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse
Normdichtungen und Gehäusedichtungen in Elektrolyseanlagen für alkalische und saure Elektrolyseverfahren
KLINGERSIL C-4500 und C-8200
KLINGER TopChem 2000
KLINGER TopChem 2003
Power-to-X: Verteilung und Lagerung
Dichtungen für Tanks und Leitungsnetze, für Anlagen zur Gasspeicherung in Kavernen für gasförmigen und flüssigen Aggregatzustand.
TA-Luft konform
KLINGER KGS G II
KLINGERSIL C-4400 und C-4430
KLINGER CompenSil
Power-to-X: Erzeugung von Mehanol
Erzeugung von Methan, Methanol und langkettigen Kohlenwasserstoffen.
Umwandlungsprozesse in Reaktoren mit Hilfe von Katalysatoren sowie Gasreinigungsanlagen.
Dichtungen angepasst an Prozess und Temperatur.
KLINGER KGS G II
KLINGERSIL C-4400 und C-4430
KLINGER TopChem 2000
KLINGER TopChem 2003
KLINGER Milam
Power-to-X: Herstellung von E-Fuels
Zur Erzeugung von E-Fuels gibt es verschiedene Verfahren (Fischer-Tropsch, Sasol, etc.), die mittels Katalysatoren im mittleren bis hohen Temperaturbereich betrieben werden.
Bei Normflanschverbindungen und eher niedrigen Temperaturen in der Gasversorgung, Verteilung und Lagerung. Das Institut für Gas- und Umwelttechnik DBI GUT und der TÜV Süd haben die Verwendung bei Wasserstoff als Medium positiv begutachtet und bescheinigt.
Bei hohen Temperaturen im Anlagenbereich, z.B. über 200 °C. Überall dort, wo Wasserstoff in weiteren Verfahrensschritten zu eFuels (Kerosin, Benzin, Diesel) umgewandelt wird und flüssige Phasen vorliegen.
Einsatz in der Gasverteilung, in Apparaten und Anlagen, wie Elektrolyseure und verfahrenstechnische Anlagen, sowie bei Pumpen. Zum Teil nicht in Normgrößen produziert – der Vorteil: Man kann Faserstoffdichtungen in jeder Größe und Form als Flachdichtung herstellen. Auch hier liegen positive Bescheinigungen für den Einsatz mit Wasserstoff vom TÜV Süd und vom Institut für Gas- und Umwelttechnik DBI GUT vor.
Diese KLINGER-Dichtungsmaterialien eignen sich für alle Schritte im P2X-Prozess bis zu Temperaturen von 250°C. Sie zeichnen sich durch hohe chemische Beständigkeit und hohe Gasdichtheit aus und zeigen im Einsatz keine Alterung. Auch hier wurde die Wasserstoffeignung durch den TÜV bescheinigt.
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