Nachhaltige Wasserversorgung für die Wasserstoffproduktion

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