Teilprojekt 3

Multi-sektoraler
Einsatz von dezentraler
Elektrolyse

Im Rahmen von Teilprojekt 3 ist der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur am Standort des Müllheizkraftwerks (MHKW) Darmstadt geplant. Ziel ist es, die Potentiale einer Mehrfachnutzung durch eine Elektrolyse-Anlage in der Praxis zu demonstrieren. Im Fokus steht dabei vor allem die Gewinnung von Wasserstoff für den Mobilitätssektor. Entsprechend soll der am MHKW produzierte Wasserstoff für Busse des ÖPNVs, Müllsammelfahrzeuge und LKW-Trailer genutzt werden. Zusätzlich soll auch die Einspeisung/Beimischung von Wasserstoff in das Gasnetz erprobt werden. Ein weiteres Ziel ist es, die beim Elektrolyse-Prozess anfallende Abwärme vor Ort zu nutzen, um so den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu steigern. Zusätzlicher Bestandteil des Teilprojekts ist die Prüfung einer erweiterten Kreislaufwirtschaft: Es werden auch die Potentiale von Power-to-Chemical-Konzepten, die das CO2 aus dem MHKW-Abgas mit einbeziehen, analysiert.

Angestrebter Baubeginn für die Elektrolyse-Anlage ist das dritte Quartal 2023. Sie soll spätestens 2024 in Betrieb gehen, um damit auch einen Beitrag zum Ziel der Bundesregierung zu leisten, bis 2030 eine Elektrolyseleistung von bis zu 10 GW in Deutschland aufzubauen.

Die Anlage soll eine verfahrenstechnische Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff mittels elektrischer Energie in modernen Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseuren (PEM-Elektrolyseuren) werden.

Es ist geplant, die Anlage in mehreren aufeinander aufbauenden Ausbaustufen vollständig im Sondergebiet (SO II) des MHKW Darmstadt zu errichten. Die Betriebseinheiten sollen hierbei nahezu vollständig in eingeschossiger Containerbauweise errichtet werden. Die entsprechende Fläche wird zurzeit ausschließlich als Parkfläche für Kraftfahrzeuge genutzt; eine angrenzende Fläche ist Teil des MHKW-Betriebsgeländes.

Hauptbestandteil der Anlage ist der Elektrolyseur, der mittels elektrischer Energie aus dem MHKW aufbereitetes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff trennt. Das aufbereitete Wasser wird von einer Wasseraufbereitungsanlage bereitgestellt, welche Wasser aus dem örtlichen Trinkwassernetz entnimmt und entmineralisiert. Im Endausbau soll die Anlage zwei PEM-Elektrolyseure mit Nebenanlagen, Schaltanlagen, Trafos, Speichern, Verdichtern und Abfüllstationen beinhalten. Bei einer maximalen Stromaufnahme von bis zu 6 MW lässt sich dann eine Wasserstoffmenge von bis zu 2.700 kg pro Tag erzeugen.

Der in den PEM-Elektrolyseuren abgetrennte, gereinigte und getrocknete Wasserstoff tritt mit einem Druckniveau von ca. 30 bar aus und wird in einem Niederdruckspeicher mit ca. 13 m3 bei ca. 30 bar gespeichert, bevor dieser mittels Mitteldruckkompressoren auf max. 530 bar verdichtet, in bis zu drei LKW-Trailer abgefüllt und abtransportiert wird. Zusätzlich zum Abtransport des Wasserstoffs per LKW-Trailer sollen am Standort Abfüllstationen für Müllsammelfahrzeuge und Busse des ÖPNVs entstehen. Dabei wird der Wasserstoff ebenfalls über die Mitteldruckkompressoren auf max. 530 bar verdichtet und in einem Mitteldruckspeicher bei ca. 450 bar gespeichert. Vom Mitteldruckspeicher aus führt der Prozess entweder direkt über die Vorkonditionierung zur Mitteldruck-Abfüllstation (350 bar) oder über einen Hochdruckkompressor und Hochdruckspeicher über die Vorkonditionierung zur Hochdruck-Abfüllstation (700 bar).

Aufstellungsplan 3D-Modell – Bildquelle: Wenger Engineering GmbH

Blockschaltbild H2-Anlage (Darstellung: 1.BA schwarz, 2.BA grau) – Bildquelle: Wenger Engineering GmbH

Im Regelbetrieb wird die Anlage aus der Zentralwarte des MHKW 24/7 bedient und beobachtet.
Die Power Units der Elektrolyseure werden aus dem 20 kV-Netz des MHKWs über eine Mittelspannungshauptverteilung (MSHV) versorgt. Die Elektrolyseure verfügen jeweils über einen eigenen Transformator sowie Gleichrichter. Alle anderen Verbraucher werden ebenfalls über die Mittelspannungsschaltanlage und einen nachgeschalteten Trafo sowie Niederspannungshauptverteilung (NSHV) versorgt.

Die Wasserstoffinfrastruktur soll auf einem Privatgrundstück mit Zufahrtsbeschränkung errichtet werden, so dass die Verkehre geregelt ablaufen können. Es ist mit einer geringen Anzahl von zusätzlichen Verkehren, bis zu acht Bussen/Müllsammelfahrzeugen und sechs LKW-Trailern, pro Tag zu rechnen.

Satellitenbild, Standort H₂-Anlage am MHKW Darmstadt, grüne Markierungen – Bildquelle: Stadtatlas Darmstadt, Juni 2021 https://stadtatlas.darmstadt.de

Teilprojektkoordination

Dr.-Ing.
Nils Roloff

ENTEGA

Dr.-Ing.
Jochen Ströhle

TUDa, EST

Teilprojekteam

Markus Sattler
ENTEGA

Beteiligte Unternehmen