Wasserstoff wird als zukunftsweisender Energieträger betrachtet. Die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse erfordert jedoch große Mengen hochwertigen Wassers, was meistens entweder Trinkwasser- oder Oberflächenquellen beansprucht und die Wasserressourcen belasten kann. Neben der fehlenden Infrastruktur und den derzeit noch hohen Produktionskosten für Wasserstoff, wird daher auch die nachhaltige Wasserversorgung immer relevanter. Wie gelingt es mit Hinblick auf Ressourcenschonung, Wasser in ausreichender Menge und Qualität für die Prozesse zur Verfügung zu stellen?
Wasserbedarf bei der Wasserstoffproduktion
Die Herstellung von Wasserstoff setzt reines Wasser voraus, da die Reinheit des Wassers die Effizienz und den Erfolg des Produktionsprozesses beeinflusst. Verunreinigungen wie Kalzium- und Magnesiumionen, Schwebstoffe, gelöste Gase oder organische Bestandteile müssen aus dem Wasser entfernt werden, um eine gleichbleibend hohe Qualität des erzeugten Wasserstoffs zu gewährleisten. Besonders anspruchsvoll ist die Entfernung von gelösten Salzen, da diese den Prozess nicht nur ineffizient machen, sondern auch die eingesetzten Systeme beschädigen können.
Der Wasserbedarf ist beträchtlich: Für jedes Kilogramm produzierten Wasserstoffs werden mehrere Liter reines Wasser benötigt. Bei einer großen Produktionsanlage, die Wasserstoff im Megawatt-Maßstab erzeugt, steigt der Bedarf auf mehrere hundert Liter Wasser pro Stunde. Dies verdeutlicht, dass der Ausbau der Wasserstoffproduktion auch eine umfassende Planung der Wasserversorgung erfordert.
Grenzen der Trinkwassernutzung
Bisher wurde für viele bestehende Wasserstoffprojekte in Europa Trinkwasser als primäre Quelle genutzt. Dies lag vor allem an der vergleichsweise geringen Kapazität der Anlagen und der damit überschaubaren Wassermenge. Mit der geplanten Skalierung auf größere Anlagen, die Leistungen von 50 bis 100 Megawatt oder mehr erreichen sollen, wird Trinkwasser jedoch zu einer knappen Ressource. Nicht nur in Regionen mit ohnehin begrenztem Zugang zu sauberem Trinkwasser, sondern auch in wasserreichen Gebieten wird es zunehmend Bedenken geben, Trinkwasser in großen Mengen für die industrielle Nutzung zu verwenden.
Eine nachhaltige und umweltschonende Wasserstoffproduktion muss daher auf alternative Wasserquellen setzen, um die Trinkwasserressourcen zu schonen und gesellschaftliche Akzeptanz für den Ausbau dieser Technologie zu gewährleisten.
Salzhaltiges Wasser als Alternative
Eine vielversprechende Option zur Deckung des Wasserbedarfs ist die Nutzung von salzhaltigem Wasser, etwa aus Meer- oder Brackwasserquellen. Auch Lagerstättenwasser, das bei der Förderung von Öl und Gas anfällt, kann unter bestimmten Voraussetzungen eine geeignete Quelle darstellen. Salzhaltiges Wasser ist weltweit in großen Mengen verfügbar, jedoch erfordert seine Nutzung aufwendige Aufbereitungsprozesse, um es für die Wasserstoffproduktion nutzbar zu machen.
Aufbereitungstechnologien für salzhaltiges Wasser
Zwei Haupttechnologien kommen bei der Entsalzung salzhaltigen Wassers zum Einsatz: die Membrantechnologie und thermische Verfahren. Beide haben spezifische Vor- und Nachteile, die abhängig von den lokalen Gegebenheiten und Anforderungen der Anlagen abzuwägen sind.
Membrantechnologien: Zu den effizientesten Verfahren zählt die Umkehrosmose, bei der das salzhaltige Wasser unter hohem Druck durch eine halbdurchlässige Membran gepresst wird. Diese hält gelöste Salze, Ionen und andere Verunreinigungen zurück, während reines Wasser hindurchtritt. Umkehrosmose-Systeme können durch mehrstufige Ausführungen eine sehr hohe Wasserqualität erzielen. Für besonders reine Anforderungen, etwa wenn geringe Restmengen an Salzen störend wirken, wird eine Kombination mit Elektrodeionisation verwendet. Bei Elektrodeionisation werden gelöste Ionen aus dem Wasser entfernt, ohne dass Regenerationschemikalien erforderlich sind, was die Umweltbelastung reduziert.
Thermische Verfahren: Wenn der Salzgehalt des Wassers extrem hoch ist, stoßen Membranverfahren an ihre Grenzen. In solchen Fällen sind thermische Verfahren eine leistungsstarke Alternative. Hierbei wird das Wasser verdampft, wodurch Salze und andere Verunreinigungen zurückbleiben. Der Wasserdampf wird anschließend kondensiert, um reines Wasser zu gewinnen. Diese Verfahren sind besonders effizient, wenn Abwärme aus industriellen Prozessen genutzt wird, wie sie beispielsweise bei der Wasserstoffproduktion anfällt. Dadurch können die Betriebskosten der Wasseraufbereitung gesenkt werden.
Nachhaltigkeit und Zero Liquid Discharge
Ein Vorteil thermischer Verfahren ist die Möglichkeit, sie im Rahmen sogenannter Zero-Liquid-Discharge-Systeme einzusetzen. Ziel dieser Systeme ist es, nahezu das gesamte Wasser aus dem Prozess zurückzugewinnen und keine flüssigen Abfälle zu hinterlassen. Übrig bleiben feste Rückstände wie Salz, die sicher entsorgt werden können. Solche Ansätze sind besonders relevant in Regionen mit strengen Umweltauflagen oder hoher Wasserknappheit.
Standortentscheidungen für Wasserstoffprojekte
Die Wahl des Standorts für Wasserstoffanlagen hängt von einer Vielzahl an Faktoren ab, darunter der Zugang zu erneuerbaren Energien, die Verfügbarkeit von Wasserquellen und die bestehende Infrastruktur. Während die Nähe zu grünem Strom wie Wind- oder Solarenergie oft die Grundlage für Standortentscheidungen bildet, wird die Rolle der Wasserversorgung zunehmend bedeutsamer.
Nicht alle Regionen, die über ein hohes Potenzial für die Erzeugung erneuerbarer Energie verfügen, haben auch ausreichend Wasser in der benötigten Qualität. So könnte etwa eine Anlage, die in einer windreichen, aber wasserarmen Region geplant ist, mit erheblichen Schwierigkeiten konfrontiert sein, eine nachhaltige Wasserversorgung sicherzustellen. Dies erfordert entweder den Aufbau zusätzlicher Infrastruktur für den Wassertransport oder die Nutzung alternativer Wasserquellen wie salzhaltigem Wasser, was wiederum umfangreiche Aufbereitungsanlagen notwendig macht.
Ein weiterer Faktor, der die Standortwahl beeinflusst, ist die lokale Wassernutzungskonkurrenz. In wasserarmen Gebieten wird Trinkwasser bereits intensiv genutzt, etwa für die Landwirtschaft oder die Versorgung der Bevölkerung. Hier kann die industrielle Nutzung von Wasser auf Widerstand stoßen, da sie die Verfügbarkeit für andere Sektoren weiter einschränken könnte. Gesellschaftliche Akzeptanz spielt daher eine Schlüsselrolle, insbesondere in Regionen, in denen Wasser ein knappes Gut ist.
Zusätzlich müssen Umweltauflagen berücksichtigt werden, die die Nutzung und Rückführung von Wasser betreffen. Viele Länder haben strenge Vorgaben, die sicherstellen sollen, dass industrielle Wassernutzung weder die Qualität von Oberflächengewässern noch die Grundwasserressourcen beeinträchtigt. Diese Regulierungen können die Kosten und den Aufwand für die Wasserversorgung erhöhen.
Wasserstoff als Wegbereiter
Die Herstellung von Wasserstoff ist auf eine nachhaltige und zuverlässige Wasserversorgung angewiesen. Trinkwasser sollte dabei möglichst geschont werden, indem alternative Wasserquellen wie Meer‑, Brack- oder Lagerstättenwasser genutzt werden. Moderne Technologien zur Wasseraufbereitung ermöglichen es, diese Quellen effizient und umweltschonend zu erschließen.
Die frühzeitige Integration dieser Aspekte in die Planung von Wasserstoffprojekten ist unerlässlich, um eine ressourcenschonende und gesellschaftlich akzeptierte Umsetzung zu gewährleisten. Nachhaltigkeit und Umweltschutz müssen dabei zentrale Leitmotive bleiben, um die Wasserstoffproduktion als Wegbereiter einer klimaneutralen Zukunft erfolgreich zu etablieren.
Über Pörner
Die Pörner Gruppe ist ein unabhängiges Ingenieurunternehmen für verfahrenstechnischen Anlagenbau in Zentraleuropa und wurde 1972 von Kurt Thomas Pörner in Wien gegründet. Als Gesamtanlagenplaner umfasst das Angebot die vollständige Engineering-Leistungspalette: von Projektstudien und Behörden-Engineering über Basic und Detail Engineering, Beschaffung bis zur Bauleitung und Inbetriebnahme der Anlage. Seit der Firmengründung wurden über 2.000 Projekte in den Bereichen Raffinerie, Petrochemie, Energie- und Umwelttechnik sowie chemische und pharmazeutische Industrie realisiert. Neben dem Hauptsitz in Österreich ist das Unternehmen mit über 580 Mitarbeiter:innen an zehn Standorten in Europa vertreten.
Die Pörner Gruppe bietet mit wegweisenden Technologien, wie z.B. Bio-Silikate aus Reishülsen, Power-to‑X (PtX) und Biomasse-to‑X (BtX) sowie Wasseraufbereitung, Lösungen für Klimaschutz und Nachhaltigkeit. Mit dem Biturox® Verfahren ist die Pörner Gruppe Weltmarktführer bei Bitumen-Produktionsanlagen. Mehr Informationen unter www.poerner.at
