Damit die Wasserstoffproduktion auf diese Weise gelingen kann, müssen das Windrad und der entsprechende Elektrolyseur elektrisch direkt miteinander verbunden sein – und damit innovative Technologien bereitstellen, um offshore grünen Wasserstoff zu erzeugen. Damit dies gelingt, müssen sowohl der Elektrolyseur als auch die Windkraftanlage angepasst werden. Das H2Mare-Projekt H2Wind passt den Elektrolyseur an die rauen Bedingungen auf See an. Das H2Mare-Projekt OffgridWind kümmert sich hingegen um die Anpassungen auf Seiten der Windkraftanlage. Der neuartige PEM-Elektrolyseur soll auch auf hoher See und unter rauhen Bedingungen effizient und quasi-autark arbeiten können. Dafür werden die einzelnen Komponenten unter Hochsee-Bedingungen zunächst getestet und entsprechend angepasst. Auch die Anordnung der Komponenten wird überarbeitet. Neben dem Aufbau des Elektrolyseurs s sind auf hoher See auch Wartung und Montage der Anlage eine besondere Herausforderung. Das Anlagendesign muss also an die Bedingungen angepasst werden. Zusätzlich werden im Projekt H2Wind Verfahren der Wasseraufbereitung und -bereitstellung für die Elektrolyse entwickelt. Auch wie die Speicherung des hergestellten Wasserstoffs offshore gelingen kann, wird erforscht.

Was einfach klingt, ist in der Praxis sehr komplex: Die schwankende Stromversorgung als Basis des gesamten nachfolgenden Umwandlungsprozesses inklusive der Wasseraufbereitung und der regelungstechnischen Abstimmung des Systems gehören zu den größten Herausforderungen für die Entwicklungsingenieurinnen und -ingenieure. Doch genau das passiert jetzt erstmals in einer Versuchsanlage im Megawatt-Maßstab.

Die Versuchsanlage steht in Flø in Dänemark. Allerdings an Land. Dieses Vorgehen wurde gewählt, um die direkte Kopplung und die Folgen testen zu können, ohne die erschwerten Bedingungen auf See. Es wurden zwei Elektrolyseure zur Wasserstoff-Herstellung mit einer Windenergieanlage verbunden. Genauso wie es später auch offshore passieren soll. Die Rückwirkungen auf die Steuerung lassen sich mit diesem Aufbau ebenso erkennen, weiter beurteilen und gegebenenfalls anpassen. Das wird auch auf See einer der kritischen Aspekte sein. In den kommenden Monaten untersucht H2Mare nun, wie sich die schwankende Stromproduktion auf die Funktionsweise der Anlage auswirkt.

Wie ein Windrad mit integrierter Wasserstoff-Produktion aussehen würde, hat H2Mare ebenfalls bereits analysiert: In Zukunft könnten alle notwendigen Anlagen auf einer Plattform direkt an einem Offshore-Windrad untergebracht sein.

H2Mare ist eines von drei Wasserstoff-Leitprojekten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Die Leitprojekte sollen helfen, Hürden zu beseitigen, die einer deutschen Wasserstoff-Wirtschaft noch im Weg stehen. Dabei erforscht das Leitprojekt H2Mare die Offshore-Erzeugung von grünem Wasserstoff und anderen Power-to-X-Produkten. Wegen der zahlreichen Vorteile der Produktion auf See arbeitet H2Mare auch an Lösungen, um mit grünem Wasserstoff direkt Folgeprodukte wie grünes Methanol, Fischer-Tropsch-Produkte oder auch Ammoniak zu erzeugen – offshore Power-to-X also. Dazu werden neben Wasser auch CO2 und Stickstoff benötigt. Beides soll auch direkt vor Ort aus der Luft oder dem Meer gewonnen werden. Zudem konzentriert sich PtX-Wind auf die Co-Elektrolyse von CO2 und Wasser sowie die Meerwasserelektrolyse. Ist die Nutzung der Meerwasserelektrolyse erfolgreich, muss das aus dem Meer gewonnene Wasser vor der Elektrolyse nicht mehr entsalzt werden. Die erarbeiteten Konzepte will PtX-Wind zunächst an Land testen und anschließend ein ausgewähltes Konzept auf einer schwimmenden Plattform auf See demonstrieren. Dabei sollen Fischer-Tropsch-Produkte hergestellt werden, die später als nachhaltige Kraftstoffe genutzt werden können.

Wer H2Mare einmal selbst ausprobieren will – hier geht es zum Browser-Game.

Eine weitere Entwicklung in Sachen offshore: Das US-Energieunternehmen Ohmium und SwitcH2 haben eine Vereinbarung getroffen und wollen ein 300-MW-Offshore-Floating-Ammoniak-Projekt vorantreiben. Vor der Küste Südeuropas soll eine schwimmende Elektrolyseeinheit grünen Wasserstoff und Ammoniak im industriellen Maßstab produzieren. An Bord des 268 Meter langen FPSO-Schiffs (Floating Production Storage and Offloading) von SwitcH2 werden 300 MW Elektrolyseurlösungen von Ohmium installiert. Nach der Fertigstellung wird die schwimmende 300-MW-Anlage eine jährliche Produktionskapazität von bis zu 55.000 Tonnen grünem Wasserstoff und fast 300.000 Tonnen grünem Ammoniak haben – genug, um mehrere Hochseeschiffe ein ganzes Jahr lang mit Energie zu versorgen.