Strom und Wärme ohne fossile Brennstoffe

Vor Haus C der Hochschule Bremerhaven steht schon seit 2021 steht ein Container. Er ist Teil eines kleinen Microgrids - eines Inselnetzes, in dem Energie aus Wind und Sonne gewonnen und entweder ins Stromnetz geleitet oder in Form von Wasserstoff gespeichert wird.

Der Microgrid-Container ist mit verschiedenen technischen Komponenten wie Elektrolyseur, Brennstoffzelle und Stromwandlern ausgestattet. Die Energie stammt aus Photovoltaik- und Windenergieanlagen auf dem Dach von Haus C. Entwickelt und errichtet wurde er als Testlabor im Rahmen des Projekts „Wasserstoff – Grünes Gas für Bremerhaven“ unter anderem von Prof. Dr.-Ing. Uwe Werner.

Die Ergebnisse der letzten Jahre zeigen: Das Microgrid funktioniert nicht nur in theoretischen Berechnungen. „Wir versorgen mit dem Strom, den wir erzeugen, die Maschinenhalle in Haus C. Überschüssige Energie wird in Batterien und in Form von Wasserstoff gespeichert“, erklärt er. An manchen Tagen liefern die Anlagen sogar so viel Energie, dass diese noch ins Netz eingespeist werden kann. Dann ist das Hochschulgebäude nahezu autark.

Autarke Wohngebiete dank Inselnetzen für Strom und Heizung

Was an der Hochschule entstanden ist, ließe sich auch in größerem Maßstab umsetzen. „Grundsätzlich lässt sich dies so für jedes Wohngebiet planen. Nur der Microgrid-Container müsste größer sein und man bräuchte mehr Gasflaschen, um den Wasserstoff zu speichern“, sagt Prof. Werner. All das ließe sich berechnen.Dabei geht es nicht nur um die Stromversorgung. Mithilfe einer Wärmepumpe könnte man Gebäude auch beheizen.

In der Praxis könnte dies so aussehen: In einer Wohnsiedlung haben die Hauseigentümer:innen Photovoltaikanlagen auf ihren Dächern oder kleine Windenergieanlagen. Gemeinsam erzeugen sie Energie für das Inselnetz, an das alle Häuser als Verbraucher angeschlossen sind. Die Energie, die nicht direkt verbraucht wird, fließt in einen Microgrid-Container und wird dort mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert. Bei Bedarf fließt er dann zu einem späteren Zeitpunkt zurück in die Häuser. Das Wohngebiet wäre somit autark.

Aber was, wenn die Energie nicht ausreicht? „Dann könnte man weiterhin Strom aus dem herkömmlichen Netz beziehen. Allerdings wäre die Menge über das Jahr gesehen deutlich geringer. Dass weder Wind noch Sonne Energie liefern, ist eher selten. Perspektivisch wäre auch eine Möglichkeit, direkt Wasserstoff zu tanken, wenn die Speicher leer sind“, erklärt Prof. Werner.

Windenergie sinnvoll speichern

Sich Wasserstoff liefern zu lassen, wie dies heute bereits bei Öl der Fall ist, könnte tatsächlich zukünftig eine Option sein.

Im Projekt „wind2hydrogen“ suchen Forschende der Bremerhavener Hochschule nach Möglichkeiten, erzeugte Energie von Offshore-Windenergieanlagen direkt vor Ort auf einer Plattform zu speichern. Prof. Dr.-Ing. Uwe Werner, der das Projekt leitet, sieht darin großes Potenzial. „Die Energiemenge, die Offshore erzeugt wird, lässt sich nicht ohne weiteres vollständig per Kabel transportieren. Um die Netze nicht zu überlasten, werden die Anlagen dann abgeschaltet. Stattdessen könnte man die Energie aber auch in Form von Wasserstoff speichern und mit Schiffen an Land transportieren. Pumpt man den Wasserstoff dann in die Gaswerke, lassen sich Thermen zu Hause vollständig mit grüner Energie betreiben.“ Alternativ könnten LKW mit Wasserstofftanks ausgestattet werden und das Gas direkt bis an die Haustür bringen.

Nachhaltige Gewerbegebiete sind möglich

Was für Privatpersonen derzeit noch nicht konkret geplant ist, befindet sich für Unternehmen im Süden Bremerhavens bereits im Aufbau. Dort entsteht im Lune Delta ein nachhaltiges Gewerbegebiet, das autark und ausschließlich mit erneuerbarer Energie versorgt werden soll.

Das Projekt „IWAS Lune Delta“ hat dafür erste Ergebnisse geliefert. Untersucht wurde beispielsweise, ob das Microgrid nicht nur die gesamte elektrische Energieversorgung gewährleisten, sondern auch das Gewerbegebiet mit thermischer Energie sicher versorgen kann.

Entstanden ist dabei unter anderem ein Tool, mit dem der Wärme- und Stromverbrauch verschiedener Unternehmen berechnet werden kann. Dadurch lässt sich erfassen, wie viel Energie am Tag zur Verfügung stehen muss und ob es sinnvoll ist, wenn sich mehrere Firmen zusammentun – zum Beispiel, um entstehende Abwärme zu nutzen, statt sie an die Umwelt abzugeben. „Im Optimalfall kann man darauf verzichten, das Gebiet überhaupt an das Strom- und Wärmenetz anzuschließen“, sagt Prof. Werner.

Forschung für Microgrids mit Wasserstoffspeicherung

Die Forschung an den Nutzungsmöglichkeiten von Microgrids und der Speicherung von Wasserstoff ist noch lang nicht abgeschlossen. Neben „wind2hydrogen“ läuft aktuell mit „H2Metastore“ ein weiteres Projekt an der Hochschule Bremerhaven. Prof. Dr.-Ing. Uwe Werner arbeitet da gemeinsam mit anderen Wissenschaftler:innen an einem Tanksystem für komprimierten Wasserstoff. Er ist überzeugt davon, dass Deutschland die Energiewende schaffen und unabhängig von Öl- und Gaslieferungen aus anderen Ländern werden kann. Ideen und die Expertise, diese auch umzusetzen, seien auf jeden Fall vorhanden.