„nachhaltige technologien 03 | 2025"

Um die bis dahin noch theoretischen Pfade mit der Praxis zu verknüpfen, haben die Forschenden konkrete Use Cases definiert – also beispielhafte Anwendungen der Nutzungspfade, die eine konkrete Kombination von Technologien beinhalten. Die Use Cases sind grundsätzlich vom Standort unabhängig. Die Modellierung in verschiedenen Case Studies soll sich allerdings auf reale Hafenstandorte beziehen, da diese einen großen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Das Team von AEE INTEC hat Case Studies für zwei in Europa wichtige Häfen erstellt: Rotterdam, Niederlande, und Valencia, Spanien. Für jeden Standort und dessen technologische Voraus- setzungen werden die jeweiligen KPIs berechnet und alle Daten in Bezug auf wichtige Akzeptanzkriterien bewertet. Drei für die Praxis relevante Use Cases ste- hen dabei im Fokus und sind im Folgenden skizziert. Use Case 1: Wasserstofferzeugung durch PEM-Elektrolyse Dieser Use Case betrachtet die Erzeugung von Wasserstoff mit der Protonen-Austausch-Membran- Elektrolyse (PEM-Elektrolyse) unter Einsatz von Strom aus Wind- und Solarenergie. Die PEM-Technologie wurde wegen ihrer guten Kombinierbarkeit mit den fluktuierenden erneuerbaren Energien gewählt. Das Modell lässt sich aber grundsätzlich genauso auf eine Alkali-Elektrolyse oder jede andere Technologie anwenden, sofern entsprechende Daten verfügbar sind. Vor der Elektrolyse ist eine Wasseraufbereitung nötig, deren Eckdaten ebenfalls im Modell hinterlegt sind. Der Wasserbedarf ist im Modell keine feste Restriktion, sondern eine Ausgangsgröße – die Inter- pretation bleibt also dem Anwender / der Anwenderin überlassen. Gespeichert wird der erzeugte Wasserstoff in diesem Use Case vor Ort in einem ausgeförderten Erdgasre- servoir. Per Pipeline kommt der gasförmige Wasser- stoff anschließend zum Hafen, wo er wiederum in einem einstigen Erdgasreservoir gespeichert wird, sodass immer genügend davon für die Betankung zur Verfügung steht. Es wurde mit geologischen Speichern gerechnet, da diese grundsätzlich an vielen Standorten und häufig auch in Küstennähe verfügbar sind. Die Datenlage aus Studien ist zudem relativ gut. Technische Hochdruckspeicher gibt es hingegen kaum in großem Stil und ein einfaches Hochrechnen aus kleinen Speichern führt zu keinem sinnvollen Ergebnis. Grundsätzlich gilt hier, wie bei der Elektrolyse-Technologie: Sofern die Parameter bekannt sind, können auch andere Speicher in das Modell eingepflegt werden. Use Case 2: Ammoniakerzeugung im Haber-Bosch- Verfahren Ammoniak (NH3) punktet im Vergleich zu Wasserstoff mit einer hohen volumetrischen Energiedichte und leichter Speicherbarkeit, denn es ist bei Umgebungs- druck schon bei Temperaturen unter -33 °C flüssig. Es kann im Haber-Bosch-Verfahren großindustriell aus Wasserstoff und Stickstoff hergestellt werden. Dieser zweite Use Case beinhaltet zunächst dieselben Schritte wie Use Case 1. Nachdem der Wasserstoff jedoch zum Hafen transportiert wurde, erfolgt dort die Ammoniaksynthese, die ebenfalls mit erneuerbaren Energien betrieben wird. Der dafür nötige Stickstoff wird durch ein kryogenes Zerlegungsverfahren aus Umgebungsluft gewonnen. Use Case 3: Methanol aus Wasserstoff und Biogas Der dritte Use Case setzt auf den Treibstoff Methanol. Wie die ersten beiden Use Cases beginnt auch dieser mit der Wasserstoff-Erzeugung und dem Transport zum Hafen. Dort wird in einer anaeroben Vergärung auch Biogas erzeugt. Das Rohmaterial hierfür können zum Beispiel biogene Rest- oder Abfallstoffe sein oder Gülle. Danach ist eine Reinigung des Biogases nötig: CO 2 und CH4 (Methan) aus dem Biogas werden für die Methanol-Synthese benötigt, Bestandteile wie Schwefelwasserstoff oder Ammoniak müssen hingegen entfernt werden. Aus dem grünen Wasser- stoff und der Mischung von CO 2 und Methan lässt sich dann Methanol synthetisieren. Von Kosten bis Emissionen hängen die Kennzahlen für jeden Brennstoff von dessen genauem Nutzungspfad ab. AEE INTEC erstellt ein Tool, das diese Pfade abbilden soll Grafik: AEE INTEC Fuel Generation Processes and Industrial Production Technology Material Source (C,H,N,O,) Energy Source (electrical., thermal.) Transport & Storage Powertrain Raw Products Fuel Hydrogen Multifuel SOFC Ammonia Process Ind. Tech. Thermochem. Electrolytic Catalytic Biological Thermochem. Catalytic Stripping H 2 0 splitting PEM Gas Purification Photobiological Haber-Bosch Photocatalysis Ion Exchange Solid Liquid Gas Sea Transport Land Transport Methanol Synthesis Gas Reforming Gasification