ARGE Wasserstoff-Initiative-Vorpommern
ARGE Wasserstoff-Initiative-Vorpommern
ARGE Wasserstoff-Initiative-Vorpommern
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Solarer <strong>Wasserstoff</strong> in Mecklenburg-<strong>Vorpommern</strong><br />
Utopie oder Zukunftstechnologie<br />
Konsequente Umsetzung des Klimaschutzkonzeptes des Bundeslandes Mecklenburg-<strong>Vorpommern</strong><br />
war der Antrieb zur Realisierung des Projektes <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong> am Standort Barth,<br />
einer der schönsten Boddenstädte.<br />
In Barth entsteht zur Zeit eine in der Bundesrepublik bis heute einmalige Anlage zur Erzeugung von<br />
solarem <strong>Wasserstoff</strong>, bei gleichzeitiger Nutzung des dabei anfallenden Sauerstoffs zur Ertüchtigung<br />
des vorhandenen Klärwerks. Dieses Projekt ist ein regional geschlossener Kreislauf: Das Konzept<br />
beinhaltet die Einbeziehung sämtlicher modernster regenerativer Technologien zur Produktion von<br />
<strong>Wasserstoff</strong> durch Solarenergie, zur Betankung eines Personenbusses, ausgestattet mit einem<br />
Brennstoffzellenantrieb, und unter gleichzeitiger Nutzung des „Abfallproduktes“ Sauerstoff für den<br />
Betrieb der Kläranlage. Der Einsatz des Brennstoffzellenbusses erfolgt in der geschützten Landschaftsregion<br />
„Nationalpark Vorpommersche Boddenlandschaft“.<br />
Ausgangslage für die Realisierung dieses Projektes ist der Bedarf von zusätzlichem Sauerstoff im<br />
Klärwerk Barth. In der vorhandenen Kläranlage Barth, <strong>Vorpommern</strong>, wird zur Zeit eine Schmutzfracht<br />
von durchschnittlich 540 kg BSB5/d durch 9.000 angeschlossene Einwohner zuzüglich einer Menge<br />
von 11.000 m 3 /a Fäkalschlamm verarbeitet.<br />
Ab dem Jahr 2002 wird aufgrund einer Erhöhung der Abwassermenge der Festanschlüsse die<br />
Schmutzfracht auf einen Wert von 660 kg BSB5/d zuzüglich einer Fracht von max. 164 kg BSB5/d<br />
durch zwei Campingplätze ansteigen. Ab dem Jahr 2005 werden weitere 1.100 Festanschlüsse hinzukommen.<br />
Diese zusätzlichen Belastungen können mit der momentanen Fahrweise nicht mehr verarbeitet<br />
werden. Um die zusätzlichen Frachten zu verarbeiten, soll Sauerstoff zur Spitzenabdeckung<br />
zusätzlich in das bestehende System eingetragen werden, um den biologischen Abbau, d.h. die Verarbeitungskapazität,<br />
zu verbessern.<br />
In einer Voruntersuchung wurde eine Vorentscheidung zwischen der Anlieferung und Bedarfsabdeckung<br />
durch Flüssigsauerstoff und Sauerstoff als Coprodukt der elektro-chemischen Gewinnung mittels<br />
eines <strong>Wasserstoff</strong>elektrolyseurs zu Gunsten des <strong>Wasserstoff</strong>elektrolyseurs getroffen.<br />
Zur Ertüchtigung der bestehenden Kläranlage in Barth wird Sauerstoff in Spitzenzeiten parallel zum<br />
bereits vorhandenen Lufteintragssystem eingesetzt. Dieser Sauerstoff wird vor Ort elektrolytisch erzeugt.
<strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Gleichzeitig wird neben der Sauerstoffproduktion <strong>Wasserstoff</strong> hergestellt, zum Einsatz für den Antrieb<br />
eines mit einer Brennstoffzelle ausgestatteten Busses.<br />
Sauerstoff, wie auch <strong>Wasserstoff</strong>, wird in einem Elektrolyseur gewonnen und zwar durch die elektrolytische<br />
Aufspaltung von Wasser. Das für die Elektrolyse benötigte Wasser entspricht Trinkwasserqualität<br />
und wird nach Eintritt in den Elektrolyseur durch einen Ionenaustauscher entionisiert.<br />
Als Elektrolyt dient ein Feststoffelektrolyt, der auf einer Proton Exchange Membran (PEM) fixiert ist.<br />
Beiderseits der Membran sind poröse Elektroden aufgebracht. Der Anode wird Wasser zugeführt. Das<br />
Wassermolekül spaltet sich, indem es zwei Elektronen abgibt, in zwei elektrisch positiv geladene<br />
<strong>Wasserstoff</strong>ionen und in ein neutrales Sauerstoff-Atom. Die beiden <strong>Wasserstoff</strong>ionen wandern durch<br />
die Membran zur Kathode und nehmen dort die beiden Elektronen wieder auf, die über den äußeren<br />
Stromkreis von der Anode herübergeleitet worden sind – die <strong>Wasserstoff</strong>atome sind wieder vollständig<br />
und formen ein Molekül, das sich mit anderen zu Gasbläschen sammelt. Beide Gase werden am jeweiligen<br />
Gasaustritt gefasst und getrennten Kreisläufen zugeführt.<br />
Der Sauerstoff wird über ein Wasserschloss mit anschliessender Tropfenabscheidung, Kondensator<br />
und Nacherhitzer einer zwei-stufigen Metallmembran-Verdichtereinheit zugeführt. Dort wird der Sauerstoff<br />
auf 61 bar abs. verdichtet und in den Sauerstoffspeicher gefördert. Im Sauerstoffspeicher wird<br />
die Masse Sauerstoffgas gelagert, die für die Spitzenbedarfsabdeckung erforderlich ist. Über eine<br />
Druckreduzierung wird der Sauerstoff in das Eintragssystem im Belebungsbecken geführt.<br />
Das <strong>Wasserstoff</strong>gas wird ebenfalls über einen Feuchteabscheider geführt. Im Gegensatz zum Sauerstoff<br />
werden beim <strong>Wasserstoff</strong> eine höhere Reinheit und ein geringerer Feuchtegehalt gefordert, da<br />
dieses Gas zum Antrieb einer Brennstoffzelle benötigt wird.<br />
Nach der Trocknung des gasförmigen <strong>Wasserstoff</strong>es strömt das Gas bei einem Druck von 10 bar abs.<br />
über einen Vorlagebehälter zur zweistufigen Verdichterstation. Dort wird das Gas vom Elektrolysedruck<br />
10 bar abs. auf 281 bar abs. verdichtet in einem Speicher gelagert und bei Bedarf direkt über<br />
die Schnellbetankungsstation in den Speicher des Busses gefüllt.<br />
Die elektrische Energie, die der Elektrolyseur und die beiden Gasverdichter benötigen, wird ebenfalls<br />
auf dem Gelände des Klärwerkes Barth mit einer dem Sonnenstand nachgeführten Photovoltaikanlage<br />
erzeugt, mit einer installierten elektrischen Leistung von 99 KWp.<br />
Neben dem technischen innovativen Charakter dieses Projektes dürfen auch die wirtschaftlichen Aspekte<br />
nicht außer Betracht gelassen werden.<br />
Elektrolyseur<br />
Der mit dieser Anlage hergestellte <strong>Wasserstoff</strong> hat eine Qualität von 99,999 % Reinheit, welche für<br />
den Einsatz im analytischen Bereich geeignet ist. In diesem Bereich sind spezifische Preise von € 4 /<br />
m 3 H2 realisierbar.<br />
Setzt man folgende Werte an, so könnten sich interessante wirtschaftliche Perspektiven für diese Anlagentechnologie<br />
ergeben.
<strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Kapitaldienst nach Abzug der möglichen steuerlichen Abschreibungen<br />
€ 152.000,00 jährlich<br />
jährliche Nutzungsdauer von 8.000 h<br />
H2 – Abnahme 80.000 Nm 3 jährlich<br />
O2 – Abnahme 40.000 Nm 3 jährlich<br />
Stromkosten 90.000 € jährlich<br />
Stromertrag aus PV-Anlage € 48.500 jährlich<br />
Instandhaltungskosten<br />
€ 40.000 jährlich<br />
Angenommener H2 Preis € 3,50 je m 3<br />
Angenommener O2 Preis € 0,75 je m 3<br />
Findet man Möglichkeiten den Ertrag aus Sonnenenergie zu steigern, z.B. Stromerzeugung durch<br />
nachwachsende Rohstoffe, so macht sich dies bei der Kosten/Nutzen-Situation deutlich bemerkbar.<br />
Selbst bei geringeren Anforderungen an die Qualität des <strong>Wasserstoff</strong>gases sind bei Ausnutzung aller<br />
Möglichkeiten der regenerativen Energiegewinnung wirtschaftliche Perspektiven gegeben.<br />
Utopie oder Zukunftstechnologie Diese Frage kann man aus heutiger Sicht eindeutig zugunsten der<br />
Zukunftstechnologie beantworten. Die solare <strong>Wasserstoff</strong>erzeugung und deren sinnvolle wirtschaftliche<br />
Nutzung wird ihren Platz im Energiemix der Zukunft finden und auch behaupten. Jedoch bedarf es<br />
weiterhin großer Anstrengungen aller Beteiligten, wie in diesem Falle den Vertretern des Umweltministerium,<br />
der Fachhochschule Stralsund, des Betreibers des Klärwerkes, der Kommune und den<br />
Ingenieuren um bei dieser Zukunft gestalterisch mitzuarbeiten.
<strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Solarer <strong>Wasserstoff</strong> in Mecklenburg-<strong>Vorpommern</strong><br />
Mitglieder <strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong>:<br />
• Wasser und Abwasser GmbH, Boddenland, Ribnitz-Damgarten<br />
• Fachhochschule Stralsund, Stralsund<br />
• Carl H. Wolters Ostseebus GmbH, Barth<br />
Technische Daten der solaren <strong>Wasserstoff</strong>erzeugung mit Brennstoffzellenbus<br />
Leistung PV-Anlage: 97 KWp<br />
H2 Erzeugung: 10 Nm³/h<br />
H2 Reinheit: 99,999 %<br />
H2 Speicherdruck: 281 bar abs.<br />
H2 Abgabedruck: 210 bar abs.<br />
O2 Erzeugung: 5 Nm³/h<br />
O2 Reinheit: 97 %<br />
O2 Speicherung: 60 bar abs.<br />
Reichweite Bus: > 180 km<br />
Leistung: 60 KW<br />
Belegung: 24 Personen<br />
max. Geschwindigkeit: 80 km/h
<strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
<strong>ARGE</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Initiative</strong>-<strong>Vorpommern</strong><br />
Solarer <strong>Wasserstoff</strong> in Mecklenburg - <strong>Vorpommern</strong><br />
Photovoltaik - Anlage<br />
HOGEN - PEM - Elektolyseur<br />
O 2 -Verdichter H 2 -Verdichter<br />
O 2 -Speicher<br />
Klärwerk<br />
Belebungs-<br />
becken<br />
elektrische Energie aus Sonne<br />
Sauerstoffgas <strong>Wasserstoff</strong>gas<br />
H 2 -Speicher<br />
Bus<br />
Ansicht<br />
Brennstoffzellen