Wasserstoff und Eisen im Herzen

Fest vertäut liegt er in der Bucht von Osaka (Japan) vor Anker: der Tanker „Suiso Frontier“. Er ist das weltweit erste Schiff, das für den Transport von Wasserstoff konzipiert ist. Sein doppelt isolierter 1.250-Kubikmeter-Tank fast Wasserstoff bei minus 253 Grad Celsius und hält diesen in verflüssigter Form auf 1/800 seines Volumens. Viel Energie ist es, die zur Kühlung verwendet wird und den Wasserstofftransport erst ab einer Distanz von 2.000 Kilometern wirtschaftlich macht, wie Gabriel Clemens, CEO Green Gas bei Eon, Anfang November auf einer Veranstaltung des Essener Energiekonzerns anmerkte. 

Die Transportkosten um 20 Prozent drücken, will ein Dresdner Start-up mit seiner entwickelten Speicher- und Transporttechnologie. Matthias Rudloff, CEO der „AMBARtec AG“, rechnet es im Gespräch mit E&M vor: Die Wasserstoffmenge des Suiso Frontier ließe sich auch in 134 standardmäßigen 20-Fuß-Containern speichern, die die vom Start-up entwickelte „Hydrogen-Compact-Storage-Technologie“ – kurz HyCS – in sich bergen. Diese Container müssten nicht gekühlt werden. Das Fassungsvermögen eines Standard-Containers beziffert der Maschinenbau-Ingenieur mit 600 Kilogramm Wasserstoff. 24.000 solcher Container fasse das größte Containerschiff. Neben dem Schiff, ließen sich die Container auch via LKW oder per Schiene flexibel transportieren.

Die Berechnungen des achtköpfigen Dresdner Teams aus Ingenieuren der Bereiche Verfahrenstechnik und des Maschinenbaus ergeben: 2 kWh Wasserstoff könnten in einem Liter HyCS-Speicher gespeichert werden, was doppelt so viel sei als bei der Speicherung im verflüssigten Aggregatzustand, in Metallhybriden oder gebunden in einer flüssigen organischen Verbindung. Auch der Vergleich zu Druckwasserstoff spricht laut den Dresdnern eindeutig für HyCS: Etwa 2,5- bis fünfmal so viel Wasserstoff lasse sich über ihre Technologie verglichen zu einem Druckbehälter (700 / 350 bar) speichern.
  
Kein unbekannter chemischer Prozess

Doch was macht diese Kompaktheit des HyCS-Speichers aus? Kernelement der von Ambartec entwickelten Technologie ist ein Eisenspeicher. Der ablaufende chemische Prozess ist nicht neu, findet aber erstmalig bei der Speicherung von Wasserstoff Anwendung. Die chemische Formel besteht aus der Reduktion und Oxidation von Eisen: Bei der Speicherbeladung wird das Eisenoxid durch den zugeführten Wasserstoff reduziert. Es entsteht Wasserdampf, der sich der Elektrolyse zuführen lässt. Bei der Entladung wird am Nutzungsort Wasserdampf zugeführt, der etwa auch aus dem Abgas einer Rückverstromungseinheit kommen kann. Dadurch oxidiert das Eisen und der Wasserstoff wird wieder bereitgestellt. 

Gefragt nach möglichen Umwandlungsverlusten der Technologie, versichert Rudloff: „Es kommt immer die Menge an Wasserstoff wieder raus, die wir einspeist haben.“ Für die Speicherbeladung werde nur so viel Zusatzenergie zugeführt, die knapp zehn Prozent der im Wasserstoff enthaltenen Energie entspricht. „Dies ist in etwa so viel wie bei der Speicherung von Wasserstoff bei 200 bar, aber nur 20 Prozent der Energie, die für die Verflüssigung von Wasserstoff notwendig ist.“ Beim Ausspeichern werde in der Regel keine Zusatzenergie benötigt.

Eine erste einfache Anlage aus Elektrolyseur und Speicher baute Uwe Pahl, der jetzige technische Geschäftsführer von Ambartec, in einer Fahrradwerkstatt. Rudloff erinnert sich: „In meiner früheren Tätigkeit als Unternehmensberater unter anderem für Start-ups in der Energiebranche habe ich Uwe Pahl samt der HyCS-Technologie kennengelernt und für ihn Marktanalyse und Businessplan erarbeitet.“ Das Ergebnis dieser Zusammenstellung habe Rudloff so beeindruckt und überzeugt, dass im Oktober 2020 der gemeinsame Beschluss zur professionellen Vermarktung der Technologie über die „AMBARtec AG“ fiel.

Ein 20-Fuß-Container steht mittlerweile als Pilotanlage in Freiberg, rund 52 Kilometer südwestlich vom Dresdner Unternehmenssitz. „Es war klar, dass wir erstmal zeigen müssen, dass alles ordentlich funktioniert, bevor es jemand kauft“, erklärt Rudloff. Das ist jetzt geschafft, seit November ist der Pilot in Betrieb. „Die Anlage enthält alles inklusive Steuer- und Regeltechnik und Sicherheitsbetrachtungen“, so Rudloff. Im Einsatz sei gegenwärtig grauer Wasserstoff, der durch die Dampfreformierung von Erdgas erzeugt und angeliefert wird. Das Team arbeite derzeit an der weiteren Optimierung der Speichermassen und weise die Belastbarkeit der Kalkulation nach. Auch dem sogenannten Degradationsverhalten, dem Verhalten der Materialien im Langzeitbetrieb, widmen sich die Ingenieure. Rudloff: „Wir bereiten den Scale-up unserer Technologie um den Faktor zehn vor und sprechen mit Interessenten über konkrete Kundenprojekte.“ 

Großinvestor steigt ein

Einer davon ist etwa der Kasseler Gasproduzent Wintershall Dea. Über seine Tochter, der Wintershall Dea Technology Venture, ist er seit Oktober mit 20 Prozent an dem Dresdner Start-up beteiligt. Rudloff sieht sein Unternehmen nun bestens aufgestellt, um die HyCS-Technologie in alle relevanten Märkte und Anwendungen zu bringen. „Wintershall Dea öffnet uns die Tür zum internationalen Energiegeschäft und ermöglicht neue Geschäftsmodelle“. Welche genau das sind und welche Pläne die Wintershall und Ambartec schon in der Schublade haben, ist allerdings gegenwärtig noch nicht spruchreif. Das Start-up verweist auf die Geheimhaltungspflicht. 

Nur so viel: Der Konzern zeigt sich generell sehr technologieoffen. So lotet Wintershall etwa zusammen mit dem Leipziger Gashändler VNG die Erzeugung von sogenanntem türkisen Wasserstoff über die thermische Methanpyrolyse aus. 2023 soll eine Pilotanlage im Osten Deutschlands in Betrieb gehen. Auch die in Deutschland umstrittene Carbon-Capture-Storage (CCS)-Technologie, sprich die unterirdische Speicherung von CO2, schließt der Konzern zur Reduzierung der Treibhausgase nicht aus. In den nächsten zehn Jahren will Wintershall Dea rund 400 Millionen Euro in die Reduktion und Kompensation von CO2-Emissionen stecken.