Grüner Wasserstoff – Elektrolyse: Erstmals Abwärme aus Wasserstofferzeugung als Fernwärme nutzbar
Die heimische grüne Wasserstoff-Erzeugung soll wirtschaftlicher werden. Im Rahmen des Wasserstoff-Leitprojekts H₂Giga ist in Zittau eine neue Versuchsanlage entstanden. Das Projekt testet dort erstmalig die Kopplung von Elektrolyseur und Wärmepumpe.
18.09.2025 – Wärme und Sauerstoff sind Nebenprodukte, die bei der Wasserstoff-Erzeugung durch Elektrolyse anfallen. Bislang reduzieren Kühlsysteme die Abwärme, der Sauerstoff wird in die Umgebung abgegeben. Könnten die Nebenprodukte jedoch genutzt werden, verringerten sich die Kosten – gerade bei großtechnischen Elektrolyseanlagen. An diesem Ziel forscht das H₂Giga-Projekt IntegrH2ate. Dazu haben die Projektbeteiligten verschiedene Betriebsstrategien entwickelt und unterschiedliche Möglichkeiten verglichen, wie sich die Nebenprodukte einsetzen lassen. Die im Projekt entwickelten Konzepte testet nun die neue „Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte“ (LA-SeVe), die im Beisein der Projektpartner in Zittau eröffnet wurde.
Dekarbonisierung der Industrie, Strukturwandel in der Lausitz begleiten
„Wasserstoff wird der entscheidende Baustein sein, um auch die schwer zu dekarbonisierenden Industrien zukunftsfest aufzustellen. Chemie, Stahl und Schwerlastverkehr brauchen grünen Wasserstoff, und dessen Erzeugung öffnet neue Wertschöpfung am Standort Deutschland“, sagte Prof. Mario Ragwitz, Leiter des Fraunhofer IEG, bei der Eröffnung der Anlage in Zittau. „Mit der neuen Anlage zeigt die Energieregion Lausitz, wie man seine bewährten Kompetenzen für die Zukunft einsetzt. Wir freuen uns, mit der Laboranlage zum gelingenden Strukturwandel in der Lausitz beizutragen.“
Die Anlage ist im Rahmen des Projekts IntegrH2ate als Teil des Wasserstoff-Leitprojekts H2Giga entstanden und wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. „Damit werden wir nachweisen, dass die Auskopplung und die effektive Nutzung des Elektrolyseproduktes Wärme die Wirtschaftlichkeit der Elektrolyse verbessert“, so Thomas Emmert von Linde GmbH, Gesamtprojekt-Koordinator von IntegrH2ate. Mittelfristig wird dies die Umsetzung von Elektrolyseprojekten mit Sektorenkopplung vorantreiben und den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft unterstützen.
Abwärme nutzen
Das Projekt IntegrH2ate untersucht die Kopplung zwischen PEM-Elektrolyse, Wärmepumpe und Wärmenetz. Die Abwärme aus der Elektrolyse wird durch die Wärmepumpe so aufgewertet, dass diese als Fernwärme im Versorgungsnetz der Stadt dienen kann. Auch der Sauerstoff aus der Elektrolyse ist bei entsprechender Reinheit eine gefragte Handelsware.
Die nun erstellte Versuchsanlage dient primär der Betriebsoptimierung des innovativen Anlagenkonzeptes und der effizienten Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise, erläutern die Fraunhofer Forschenden. Je nachdem, ob der Fokus auf die Nutzung von grünem Überschussstrom, der Einsparung von fossilen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liege, änderten sich Betriebsweise und Betriebsparameter.
Ideal für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen
Mit der Anlage in Zittau prüft das Projektteam nun in der Praxis die Konzepte der industriellen Sektorenkopplung, die es in den letzten Jahren entwickelt hat. „Mit unseren Versuchsanlagen schaffen wir eine Test-Infrastruktur, um industrienahe Prozesse zu testen und zu qualifizieren“, sagt Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG. „Wir erproben im Technikums-Maßstab, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen. Zudem stellt die Versuchsanlage eine Plattform dar, um zukünftig industrienahe Prozesse für Hersteller und Betreiber zu testen und zu qualifizieren. Beispielsweise die Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlestoffkreisläufe, Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse. Wir finden Lösungen für die aktuellen Herausforderungen der Verfahrenstechnik und Systemintegration von Energieanlagen.“
Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membranen, kurz PEM, dienen in der Elektrolyse zur Trennung der beiden Elektroden und lassen nur gezielt Reaktionsprodukte hindurch, erläutern die Akteure. PEM-Elektrolyseure besitzen eine gute Teillastfähigkeit und gute Wirkungsgrade. Sie sind unempfindlich gegenüber Lastwechseln. Insofern eignen sie sich besonders für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen.
Funktionsweise der Laboranlage in Zittau
Die Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte (LA-SeVe) entstand mit einer Investition von 2,7 Mio. Euro auf dem Gelände der Stadtwerke Zittau. Der Elektrolyseur findet in einem Containerraum von rund 12 Meter Länge und 2,5 Meter Breite Platz und wird über eine neue Trafostation mit Strom versorgt, erläutern die Forschenden. Die Wärmepumpe mit einer Leistung von maximal 105 kW (thermisch) bekam zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik eine 5 mal 5 Meter große Standfläche in einer bestehenden Halle und ist über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden. Die Abwärme aus dem Forschungsbetrieb des Elektrolyseurs geht über die Wärmepumpe in das städtische Fernwärmenetz. na
Kommentare
Michael Anton am 26.09.2025
Hallo,
ich würde mich im Bereich Wasserstoff als gut informierten Laien bezeichnen. Beim Thema Erzeugung habe ich die Schall-Elektrolyse, die Kapillar-Elektrolyse und die Vergasung von Kohlenstoffträgern mit anschließender CO2-Abtrennung als effizienteste Maßnahmen auf dem Schirm. Letztere hat sogar das Potential Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entnehmen, wenn dafür biogene Reststoffe verwendet werden und das CO2 als/für CCS verwendet würde. Und gerade neulich hat ein Startup an einer Biogasanlage eine SOFC in Betrieb genommen, die aus Biogas Strom, aber eben auch rückwärts aus Strom Wasserstoff bereit stellen kann. Die Wirkungsgrade der vier beschriebenen Verfahren liegen bei 70-98%; laut den Berichten die sich hierzu finden lassen. All diese Verfahren versprechen bessere Wirkungsgrade als die PEMFC. Und die Nutzung des "Abfallproduktes" Wärme wäre in all den Fällen ebenfalls möglich. Warum also (immer wieder) die PEMFC, die meines Wissens an diese Wirkungsgrade nicht heran kommt. Habe ich da etwas übersehen?
Die Nutzung der Nebenprodukte (insbesondere dem Sauerstoff und der Abwärme) und die Entwicklung von Wasserstoff Anwendungen finde ich aber sehr sinnvoll.
Michael Anton
Friedrich Rothe am 03.10.2025
Sehr geehrter Herr Professor Ragwitz,
den Beitrag Ihres Hauses hat mir ein befreundeter Ingenieur empfohlen, der weiß, dass ich beim Thema Wasserstoff immer die Ohren spitze.
Ich bin Elektroingenieur und Journalist im Ruhestand. Ihre Ausführungen treffen in vollem Umfang meine Auffassung. Besonders gefallen hat mir die Formulierung „Wir finden Lösungen…“. Meistens treffe ich auf die Wortwahl „suchen“.
Auch die Beschreibung „unempfindlich gegenüber Lastwechseln“ überzeugt davon, dass äußerst kompetente Fachleute der Energiewirtschaft am Werk waren.
Ich wünsche Ihrem Vorhaben gutes Gelingen und viel Erfolg bei der Einführung in die Praxis. Lassen Sie sich bitte von nichts und niemandem abbringen. Die Besserwisser sitzen in vielen Redaktionen wie beispielsweise Umwelthilfe und einigen Ministerien. Die Kernaussage lautet: Wasserstoff ist zu teuer. Ihre Forschung liest sich für mich als genau das Gegenteil.
Danke und freundliche Grüße aus Görlitz von Friedrich Rothe