Von Hydrogen Council
Im Wettlauf um die Dekarbonisierung rückt Wasserstoff in den Mittelpunkt. Bei Topsoe, einem führenden Anbieter von Technologielösungen für die Energiewende, richtet sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf eine hochmoderne Fabrik für Festoxidelektrolysezellen (SOEC).
Topsoe wird mit einem Zuschuss von 94 Millionen Euro aus dem EU-Innovationsfonds, einem der größten Förderprogramme für innovative kohlenstoffarme Technologien, in diesem Jahr seine neue SOEC-Produktionsanlage im dänischen Herning in Betrieb nehmen. Die anfängliche Kapazität der Fabrik wird 500 Megawatt (MW) an SOEC-Einheiten betragen, mit der Möglichkeit einer späteren Erweiterung. Es handelt sich um eine der größten Investitionen in der Geschichte von Topsoe.
Elektrolyseure produzieren Wasserstoff, indem sie Wassermoleküle mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Wird die Elektrolyse mit erneuerbarer Energie betrieben, entsteht emissionsarmer Wasserstoff, der zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrien wie Stahlindustrie, Bergbau und Fernverkehr eingesetzt werden kann, die zusammen etwa 301 Milliarden Tonnen Treibhausgasemissionen verursachen.
Tatsächlich erwartet Topsoe, dass der saubere Wasserstoff, der von seinen Herning-Elektrolyseuren erzeugt wird, mehr als 40 Millionen Tonnen CO einsparen wird.2-äquivalente Emissionen in den ersten 10 Betriebsjahren im Vergleich zu konventionellem Wasserstoff, der mit fossilen Brennstoffen ohne Emissionsminderungen hergestellt wird. Das entspricht der Entfernung von mehr als 950.000 Autos von den Straßen pro Jahr. Die SOEC-Fabrik erschließt einen Markt, der laut Topsoe mehrere Gigawatt (GW) erreichen wird, und signalisiert damit die zukünftige Skalierbarkeit der weltweiten Elektrolyseurproduktion.
Technische Innovationen, bahnbrechende Neuerungen bei der Anlagentechnik
Die Wasserstoffelektrolyse kann mit drei Haupttechnologien erfolgen: SOEC, Protonenaustauschmembran (PEM) oder alkalische Elektrolyse. SOEC ist die am weitesten entwickelte Technologie der drei, da sie höhere Temperaturen und Dampf anstelle von flüssigem Wasser erfordert. Obwohl sie aufgrund ihrer hohen Kosten im Verhältnis zur Kapazität bisher weniger attraktiv war, arbeitet sie bei höheren Temperaturen und weist daher eine schnellere Kinetik und höhere Leitfähigkeit auf. Das bedeutet, dass sie mit einer niedrigeren Spannung betrieben werden kann, was den Stromverbrauch im Verhältnis zur Wasserstoffproduktion senkt – und somit mehr Wasserstoff mit weniger Strom produziert.
Tatsächlich, Topsoes proprietäre SOEC-Technologie der nächsten Generation kann zwischen 20% – 30% mehr Wasserstoff pro Leistungseinheit produzieren als herkömmliche Elektrolyseurtechnologien. In Verbindung mit Technologien, die Abwärme erzeugen – wie Ammoniak, Methanol oder Stahlproduktion – können die SOEC-Elektrolyseure von Topsoe die branchenweit niedrigsten Wasserstoffkosten bei Megawatt- oder Gigawattmengen erzielen.
Damit eignet sich diese Elektrolyse besonders gut für hochpreisige Strommärkte und die Produktion von Chemikalien oder E-Fuels. Topsoes erster SOEC-Kunde, First Ammonia, ist ein perfektes Beispiel dafür. Ab 2025 will das in New York ansässige Unternehmen modulare Anlagen im kommerziellen Maßstab entwickeln, die mithilfe der SOEC-Technologie von Topsoe sauberes Ammoniak produzieren.
Um seine SOEC-Technologie zu skalieren, musste Topsoe ähnliche Grenzen in der Fertigung verschieben. In Dänemark hat das Unternehmen genau das getan. Topsoes 23.000 Quadratmeter große Anlage in Herning, die voraussichtlich 2024 in Betrieb gehen wird, wird direkt rund 150 Menschen beschäftigen und zahlreiche indirekte Arbeitsplätze durch die Lieferkette, den Bau, die Wartung und mehr schaffen.
Als erstes Projekt dieser Art bot die Anlage zahlreiche Lernmöglichkeiten. Topsoe steigerte die Produktion von Elektrolyseuren um das Hundertfache, von 5 Megawatt auf 500 Megawatt Elektrolyseurkapazität, während es eine Infrastruktur zur Unterstützung der Schifffahrt, Luftfahrt, Stahlindustrie und anderer Branchen entwickelte.
Größere Auswirkungen auf die Energiewende
Der saubere Wasserstoff von Topsoe kann fossile Brennstoffe in verschiedenen Branchen und Prozessen ersetzen, beispielsweise bei der emissionsarmen Stromerzeugung. Er kann auch eine vielseitige Quelle für E-Kraftstoffe sein, durch die Power-to-X-Prozess, wo sauberer Wasserstoff als Ausgangsstoff oder direkter Brennstoff für Energieträger, Rohstoffproduktion und mehr dient. Die Anwendungsbereiche reichen von der Stahl- und Zementproduktion bis hin zu Ammoniak, eMethanol oder sogar nachhaltigem Flugkraftstoff.
Für die Regulierungsbehörden hängt der Erfolg von Topsoe stark ab. Das Werk in Herning unterstützt den Vorschlag der EU-Kommission, bis 2030 in ganz Europa Elektrolyseure mit einer Gesamtleistung von 40 GW einzusetzen, und trägt dazu bei, Netto-Null-Industriegesetz, in der Elektrolyseurtechnologien als eine von acht strategischen Netto-Null-Technologien bezeichnet werden, die den Klimaschutz und die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie beschleunigen können.
Da die Nachfrage steigt, sieht Herning Potenzial für mehr. Topsoe hat bildete eine Allianz mit ABB und Fluor, führende Unternehmen in den Bereichen Elektrifizierung und Automatisierung (ABB) sowie Ingenieur- und Bauwesen (Fluor), um ein standardisiertes Konzept für Elektrolyseur-Produktionsanlagen zu entwerfen, beginnend mit der kürzlich angekündigte Pläne um eine neue $400 Millionen SOEC-Anlage im US-Bundesstaat Virginia zu bauen. Die Erfahrungen aus Herning werden der Fabrik in Virginia ebenso zugute kommen wie ein standardisiertes Konzept und neue integrierte Effizienzen.
Beginnend mit den dänischen und US-amerikanischen Anlagen plant Topsoe, neue Partnerschaften und Geschäftsmodelle zu erkunden, Pioniere zusammenzubringen und neue, zukunftsweisende Koalitionen zu bilden. Angesichts der adressierbaren Märkte in Australien, Europa und Nordamerika ist es von entscheidender Bedeutung, die Produktion von Elektrolyseuren zu beschleunigen, die Projektfertigstellung zu beschleunigen und regulatorische Klarheit zu schaffen.
Lehren für die Zukunft
Um die Klimaziele der EU zu erreichen und die wachsende Verbrauchernachfrage zu befriedigen, stellt die neue SOEC-Elektrolyseurfabrik von Topsoe einen großen Schritt auf dem Weg zu nachhaltiger Energie dar. Die Produktion derart hocheffizienter Elektrolyseure ist ein globales Beispiel für die Art der Wasserstoffproduktion, die etwas bewegen kann.
Für Topsoe geht es nicht nur darum, die SOEC-Technologie zu entwickeln und diese Fabriken zu bauen. Es geht auch darum, die Technologie in den größeren Rahmen der Power-to-X-Wertschöpfungskette einzubinden. Dadurch kann Topsoe SOEC- und Back-End-Lösungen integrieren, um risikoarme, wettbewerbsfähige Angebote zu fördern – und wird so zu einem wichtigen Lieferkettenpartner für sauberen Wasserstoff, sauberes Ammoniak, eMethanol und mehr. Topsoe baut auf umfangreicher Erfahrung und technologischem Know-how auf und hat jahrzehntelang mit Downstream-Synthesetechnologien und verwandten Prozessen gearbeitet.
Mit 40 Jahren Erfahrung in diesem Bereich der Elektrolyse – von Festoxidbrennstoffzellen bis hin zu SOEC-Einheiten – verfügt Topsoe über Tausende von Datenpunkten, die dabei helfen, überlegene Leistung und Zuverlässigkeit zu liefern. Da sich eine seiner bisher größten Investitionen derzeit in der Entwicklung befindet, hofft das Unternehmen, dass dies nur der Anfang ist. Während Topsoe mit politischen Entscheidungsträgern, Regulierungsbehörden und der breiten Öffentlichkeit an gleichgesinnten Projekten arbeitet, ist es bereit, diese ersten Erkenntnisse auf das anzuwenden, was noch kommen wird.
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