Warum Wasserstoff für die Speicherung von Windenergie unverzichtbar ist

Das Problem mit der Windenergie ist, dass der Wind nicht immer dann weht, wenn wir ihn am dringendsten benötigen – was insbesondere während jener längeren windstillen Phasen, die als Dunkelflaute bezeichnet werden, Probleme für das elektrische Stromnetz verursachen kann. Wasserstoff bietet eine Lösung: Überschüssige Windenergie wird genutzt, um mittels eines Verfahrens namens Elektrolyse etwas zu erzeugen, das wir langfristig speichern können. In Wochen mit kaum Wind lässt sich dieser gespeicherte Wasserstoff entweder in Brennstoffzellen oder in herkömmlichen Turbinen wieder in elektrische Energie umwandeln. Batterien reichen für langfristige Speicheranforderungen einfach nicht aus, da sie typischerweise nur maximal einige Tage lang Ladung halten. Genau hier überzeugt Wasserstoff wirklich, denn er ermöglicht die Energiespeicherung über Monate hinweg. Eine solche Langzeitspeicherung wird absolut entscheidend, um die Stabilität unserer Stromnetze zu gewährleisten, wenn sowohl die Wind- als auch die Solarenergieerzeugung zeitgleich in verschiedenen Landesteilen zurückgeht.

Wasserstoff geht nicht nur darum, bei den Umwandlungsverlusten 30 bis 40 Prozent der eingespeisten Energie zurückzugewinnen. Sein eigentliches Potenzial liegt auch an anderen Stellen. Betrachten Sie beispielsweise Branchen, die sich aus umwelttechnischer Sicht nur schwer dekarbonisieren lassen: So kann Wasserstoff Kokskohle bei der Stahlherstellung ersetzen, große Lastkraftwagen antreiben, die Waren quer durch Länder transportieren, und sogar die intensive Wärme liefern, die für verschiedene Fertigungsprozesse erforderlich ist. Laut einer Studie des DNV aus dem vergangenen Jahr reduziert die Speicherung von Wasserstoff den Verlust an Windenergie auf Windparks um rund zwei Drittel. Zudem senkt sie die Emissionen aus Fabriken deutlich. Wir betrachten hier also eine Technologie, die doppelte Funktionen erfüllt – sowohl zur Erhöhung der Flexibilität unserer Stromnetze als auch zur Erreichung tieferer Kohlenstoffreduktionsziele in verschiedenen Sektoren.

So funktioniert die wasserstoffbasierte Stromerzeugung aus Windenergie

Elektrolyse: Umwandlung überschüssiger Windstrom-Energie in grünen Wasserstoff

Zusätzliche Windenergie wird genutzt, wenn mehr Strom erzeugt wird, als das Netz aktuell benötigt. Diese überschüssige Energie betreibt Elektrolyseure, die Wassermoleküle (H₂O) in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Das Ergebnis dieses Prozesses wird als grüner Wasserstoff bezeichnet, da bei seiner Herstellung keine Kohlenstoffemissionen entstehen – im Gegensatz zu grauem oder blauem Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird. Diese Elektrolyseursysteme lassen sich sehr gut anpassen: Sie arbeiten mit erhöhter Leistung, wenn der Wind stark weht, und reduzieren ihre Leistung wieder, sobald sich die Bedingungen ändern. Aufgrund dieser Flexibilität eignen sie sich besonders gut für den Einsatz mit erneuerbaren Energiequellen, deren Stromerzeugung nicht konstant ist.

Speicher- und Nutzungspfade: Vom komprimierten Gas bis zur Brennstoffzelle und zur Industrie

Nach der Erzeugung wird Wasserstoff für die ortsnahen Speicherung komprimiert oder zum Transport verflüssigt. Seine Anwendungsbereiche umfassen mehrere Sektoren:

• Rückverstromung über Brennstoffzellen in windarmen Phasen
• Direkte Nutzung in industriellen Prozessen, die Hochtemperaturwärme erfordern (z. B. Zement-, Stahlproduktion)
• Kraftstoff für emissionsfreie Lastkraftwagen, Züge und maritime Schiffe

Diese sektorübergreifende Vielseitigkeit macht Wasserstoff zu einem strategischen Energieträger – nicht nur als Alternative zu Batterien, sondern als grundlegender Enabler einer systemweiten Dekarbonisierung während längerer Dunkelflauten.

Praxisnahe Wasserstoffintegration mit Windparks

Hywind Tampen: Offshore-Windenergie trifft auf grünen Wasserstoff für die industrielle Dekarbonisierung

Equinors Hywind Tampen ist derzeit der größte schwimmende Windpark der Welt und liefert saubere Energie direkt an Offshore-Ölplattformen; überschüssige Energie wird zudem zur Erzeugung von grünem Wasserstoff genutzt. Diese massive Anlage mit einer Leistung von 88 Megawatt senkt die Emissionen dieser Plattformen um rund 35 Prozent – sie ersetzt damit im Grunde sämtliche herkömmlichen Erdgasturbinen, ohne dass der Betrieb beeinträchtigt würde. Was dieses Projekt so interessant macht, ist die Demonstration, dass Industrien bereits jetzt beginnen können, sich von fossilen Brennstoffen zu lösen – noch bevor das gesamte Stromnetz für die großflächige Integration erneuerbarer Energien ausgebaut ist. Die Kombination aus Windenergie und Wasserstofferzeugung bietet eine praktikable Lösung für Branchen, die zwar zuverlässige Energie benötigen, aber ihren CO₂-Fußabdruck reduzieren möchten.

H2Bus-Projekt (Dänemark) und andere Pilotprojekte im Netzmaßstab zur Demonstration der Resilienz gegenüber Dunkelflaute

Das H2Bus-Projekt in Dänemark nutzt überschüssige Windenergie, wenn der Wind stark weht, wandelt diese in gespeicherten Wasserstoff um und verwendet ihn dann, um den Betrieb öffentlicher Busse auch bei Flaute aufrechtzuerhalten. Was diesen Ansatz besonders interessant macht, ist die Tatsache, dass er tatsächlich zur Stabilisierung des Stromnetzes beiträgt und bei langen windarmen Phasen etwa drei volle Tage Notstromversorgung bereitstellen kann. Auch andere Länder haben ähnliche Konzepte bereits erprobt: Deutschland führte letztes Jahr Tests durch, bei denen überschüssige erneuerbare Energie als Wasserstoff gespeichert wurde; schottische Gemeinden experimentierten entlang ihrer Küsten mit derselben Idee. Diese praktischen Versuche zeigen, dass Wasserstoff Windenergie tatsächlich zu einer zuverlässigen Energiequelle für das ganze Jahr machen kann – statt sich ausschließlich auf das Wetter verlassen zu müssen. Damit verwandelt er eine einst unvorhersehbare Energiequelle in eine verlässliche Grundlage für unsere saubere Energiezukunft.

Schlüsselherausforderungen und Abwägungen bei Wind-zu-Wasserstoff-Systemen

Effizienz versus Dauer: Die Bewältigung des 30–40 %igen Rundlaufverlusts für saisonalen Wert

Wind-zu-Wasserstoff-Systeme verlieren zweifellos viel Energie auf dem Weg. Die Elektrolyse arbeitet typischerweise mit einem Wirkungsgrad von etwa 60 bis 70 Prozent; bei der Rückumwandlung über Brennstoffzellen sinkt der Gesamtwirkungsgrad jedoch auf rund 30–40 %. Dennoch argumentieren viele Experten, dass dies finanziell und betrieblich sinnvoll ist, wenn überschüssiger Windstrom, der in den Sommermonaten erzeugt wird, für den Einsatz im Winter gespeichert werden muss, wenn die Nachfrage stark ansteigt. Die saisonale Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage wird einfach zu groß, um allein anhand der Effizienzzahlen vernachlässigt zu werden. Zwar erreichen Batterien beeindruckende Rundlaufwirkungsgrade von 90 %, doch sind sie für Langzeitspeicherung nicht praktikabel. Die Fähigkeit von Wasserstoff, über mehrere Monate hinweg ohne nennenswerte Degradation gespeichert zu werden, ist etwas, das keine derzeit verfügbare Technologie im großen Maßstab wirklich erreicht.

Technische Lücken: Flexibilität von Elektrolyseuren, Skalierung der Infrastruktur und Kostenreduktion

Die Leistung von Elektrolyseuren bei variabler Windenergieeinspeisung bleibt eine zentrale Einschränkung. Alkalische Einheiten benötigen konstante Lasten, was ihre Kompatibilität mit schwankender Stromerzeugung einschränkt, während Protonenaustauschmembran-(PEM-)Systeme Schwankungen tolerieren, jedoch pro kW zwei- bis dreimal teurer sind. Größere infrastrukturelle Herausforderungen bestehen weiterhin:

• Dedizierte Wasserstoff-Pipeline-Netzwerke sind außerhalb begrenzter industrieller Korridore rar.
• Großskalige Speicherung beruht auf kostspieligen druckbelasteten Tanks oder geologisch spezifischen Salzkavernen.
• Die weltweite Elektrolyseur-Fertigung muss bis 2030 um rund das Hundertfache ausgebaut werden, um die prognostizierte Nachfrage zu decken.

Um Kostengleichheit mit fossil erzeugtem Wasserstoff zu erreichen, müssen die Investitionskosten unter 500 USD/kW sinken – verglichen mit dem derzeitigen Bereich von 800–1.400 USD/kW – was koordinierte politische Unterstützung, Investitionen in die Lieferkette sowie Standardisierung entlang der gesamten Wertschöpfungskette erfordert.

FAQ

Warum wird Wasserstoff gegenüber Batterien für die Langzeitspeicherung von Energie bevorzugt?

Wasserstoff kann Energie über Monate speichern, im Gegensatz zu Batterien, die typischerweise nur wenige Tage Ladung halten. Dadurch ist Wasserstoff entscheidend für die Aufrechterhaltung der Netzstabilität während längerer windarmer Perioden.

Was ist grüner Wasserstoff und wie wird er hergestellt?

Grüner Wasserstoff wird mittels Elektrolyse unter Verwendung überschüssiger Windenergie hergestellt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten; dabei entstehen keine CO₂-Emissionen.

Warum gilt Wasserstoff als vielseitig einsetzbar in verschiedenen Sektoren?

Die Anwendungen von Wasserstoff reichen von der Rückverstromung während windarmer Phasen über den direkten Einsatz in industriellen Prozessen bis hin zum Betrieb emissionsfreier Verkehrsfahrzeuge – dies unterstreicht seine Querschnitts-Vielseitigkeit.

Welche Haupt-Herausforderungen sind mit Wind-zu-Wasserstoff-Systemen verbunden?

Zu den Herausforderungen zählen Energieverluste während der Umwandlung, Infrastruktureinschränkungen sowie hohe Kosten im Zusammenhang mit der Skalierbarkeit von Elektrolyseuren und Speicherlösungen.