H2-Farmer – Energie produzieren, speichern und vermarkten

Aus erneuerbarer Energie werden Wasserstoff und E-Fuels

Landwirte ernten Getreide, Weinbauern erzeugen Wein und Betreiber von Biogasanlagen produzieren Energie aus organischen Rohstoffen.
Ein H2-Farmer nutzt dagegen Sonne, Wind, Wasser und weitere erneuerbare Energiequellen, um daraus grünen Wasserstoff und wasserstoffbasierte Energieträger zu erzeugen.

Der Begriff „H2-Farmer“ steht dabei sinnbildlich für ein neues unternehmerisches Modell: Erneuerbare Energie wird vor Ort gewonnen, technisch weiterverarbeitet, gespeichert und anschließend als Wasserstoff, Wärme, Strom oder synthetischer Kraftstoff vermarktet.

H2My verfolgt das Ziel, zukünftige H2-Farmer weltweit beim Aufbau und Betrieb eigener Wasserstoff- und E-Fuel-Anlagen zu unterstützen.

Dafür sollen modular aufgebaute Anlagen, technische Komponenten, Planungsleistungen, digitale Steuerungssysteme, Finanzierungslösungen und langfristige Serviceangebote miteinander verbunden werden.

So soll aus einer geeigneten Fläche, einem landwirtschaftlichen Betrieb, einer Biogasanlage, einem Gewerbestandort oder einer vorhandenen Energieanlage Schritt für Schritt eine skalierbare H2-Farm entstehen.

Was ist ein H2-Farmer?

Ein H2-Farmer ist ein unabhängiger oder gewerblicher Betreiber einer Anlage, die erneuerbare Energie für die Produktion von Wasserstoff oder wasserstoffbasierten Folgeprodukten nutzt.

Dabei muss ein H2-Farmer nicht zwangsläufig selbst Landwirt sein.

Das Modell richtet sich unter anderem an:

• ✓landwirtschaftliche Betriebe
• ✓Betreiber von Biogas- und Biomasseanlagen
• ✓Eigentümer geeigneter Freiflächen
• ✓Betreiber von Windkraft- und Photovoltaikanlagen
• ✓Energiegenossenschaften
• ✓Stadtwerke und kommunale Unternehmen
• ✓Industrie- und Gewerbebetriebe
• ✓Logistik- und Transportunternehmen
• ✓Häfen, Flughäfen und maritime Betriebe
• ✓Investoren und Projektgesellschaften
• ✓regionale Energieversorger
• ✓unabhängige Anlagenbetreiber

Entscheidend sind nicht allein die Größe des Grundstücks oder die vorhandene Technik. Von besonderer Bedeutung sind die verfügbare erneuerbare Energie, der Wasseranschluss, die Netzanbindung, die Speichermöglichkeiten, potenzielle Abnehmer und die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen des Standortes.

Energie ernten statt nur Energie verbrauchen

Eine H2-Farm verbindet verschiedene Technologien zu einem gemeinsamen Energiesystem.

Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen erzeugen erneuerbaren Strom. Dieser Strom kann direkt genutzt, in Batteriespeichern zwischengespeichert oder einem Elektrolyseur zur Verfügung gestellt werden.

Der Elektrolyseur spaltet Wasser mithilfe elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff. Wird dabei erneuerbarer Strom eingesetzt und werden die geltenden gesetzlichen Anforderungen erfüllt, kann erneuerbarer beziehungsweise grüner Wasserstoff entstehen.

Der erzeugte Wasserstoff kann anschließend:

• ✓vor Ort gespeichert werden,
• ✓an industrielle Abnehmer geliefert werden,
• ✓als Rohstoff für weitere Produkte dienen,
• ✓in einer Wasserstofftankstelle angeboten werden,
• ✓über geeignete Transportlösungen ausgeliefert werden,
• ✓bei Bedarf wieder in Strom und Wärme umgewandelt werden,
• ✓oder zu synthetischen Kraftstoffen und chemischen Grundstoffen weiterverarbeitet werden.

Auf diese Weise wird aus schwankender Sonnen- und Windenergie ein speicherbarer und vielseitig nutzbarer Energieträger.

Vom grünen Strom zum grünen Wasserstoff

Das Herzstück vieler H2-Farmen ist die Elektrolyseanlage
Für eine vollständige Wasserstoffproduktion werden jedoch weitere technische Bereiche benötigt.

Dazu können gehören:

Erzeugung erneuerbarer Energie

Je nach Standort kann die Energieversorgung durch unterschiedliche Systeme erfolgen:

• ✓Photovoltaikanlagen
• ✓Windkraftanlagen
• ✓Wasserkraft
• ✓Biogas- und Biomasseanlagen
• ✓Strom aus regionalen erneuerbaren Energiequellen
• ✓Kombinationen aus mehreren Erzeugungsarten

Eine Kombination unterschiedlicher Energiequellen kann dazu beitragen, die Anlage über längere Zeiträume gleichmäßiger zu versorgen.

Wasseraufbereitung

Elektrolyseure benötigen Wasser in einer definierten Qualität. Deshalb können Filteranlagen, Enthärtung, Entsalzung oder weitere Aufbereitungsschritte notwendig sein.

Die benötigte Wassermenge, die Herkunft des Wassers und mögliche Genehmigungen müssen bereits in der Standortplanung berücksichtigt werden. Auch der rechtliche Umgang mit Wasserentnahme und Wasseraufbereitung gehört zu den wichtigen Bestandteilen einer professionellen Projektentwicklung.

Elektrolyse

Im Elektrolyseur wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Abhängig von der geplanten Anwendung, der verfügbaren Energie und der gewünschten Anlagengröße können unterschiedliche Elektrolyse-Technologien eingesetzt werden. Dazu gehören beispielsweise PEM-, alkalische oder Hochtemperatur-Elektrolyseure.

Verdichtung und Speicherung

Nach der Erzeugung muss der Wasserstoff für die jeweilige Verwendung aufbereitet und gegebenenfalls verdichtet werden.

Anschließend kann er in geeigneten Druckspeichern, Tanks oder anderen Speichersystemen gelagert werden. Die Speicherung und der Umgang mit Wasserstoff erfordern speziell ausgelegte Bauteile, Sicherheitskonzepte und Überwachungssysteme.

Verteilung und Nutzung

Je nach Geschäftsmodell kann der Wasserstoff über Tankstellen, Trailer, Rohrleitungen oder direkte Versorgungsleitungen an Abnehmer geliefert werden.

Besonders interessant können Standorte sein, an denen Erzeugung und Verbrauch räumlich eng miteinander verbunden sind. Dadurch lassen sich Transportwege verkürzen und regionale Energiekreisläufe aufbauen.

Vom Wasserstoff zum E-Fuel

Grüner Wasserstoff ist nicht nur ein Energieträger, sondern auch ein wichtiger Ausgangsstoff für weitere Produkte.

Wird Wasserstoff beispielsweise mit einer geeigneten und möglichst nachhaltigen Kohlenstoffquelle verbunden, können synthetische Kohlenwasserstoffe hergestellt werden. Daraus lassen sich je nach Verfahren unter anderem synthetisches Methan, Methanol, Dieselersatz oder E-Kerosin erzeugen.

Für bestimmte Produkte können auch andere Ausgangsstoffe verwendet werden. In Verbindung mit Stickstoff kann Wasserstoff beispielsweise zur Herstellung von Ammoniak dienen.

Wasserstoffbasierte Kraftstoffe können vor allem dort eine Rolle spielen, wo eine direkte Elektrifizierung technisch nur schwer möglich ist. Dazu gehören insbesondere Teile der Luftfahrt, der Schifffahrt und bestimmter industrieller Prozesse. Die Herstellung benötigt jedoch große Mengen erneuerbarer Energie und sollte deshalb gezielt für geeignete Anwendungen geplant werden.

Mögliche Produkte einer erweiterten H2-Farm sind:

• ✓grüner Wasserstoff
• ✓E-Methanol
• ✓synthetisches Methan
• ✓E-Kerosin
• ✓synthetische Flüssigkraftstoffe
• ✓wasserstoffbasierte Industriegrundstoffe
• ✓erneuerbares Ammoniak
• ✓Sauerstoff als Nebenprodukt der Elektrolyse
• ✓Prozesswärme
• ✓nutzbare Abwärme
• ✓rückverstromte elektrische Energie

Welche Produkte tatsächlich sinnvoll hergestellt werden können, hängt vom Standort, von der Anlagengröße, der verfügbaren Energie, den Rohstoffquellen und den vorhandenen Abnehmern ab.

Für welche Anwendungen wird Wasserstoff benötigt?

Wasserstoff und wasserstoffbasierte Produkte können zukünftig einen wichtigen Beitrag in Bereichen leisten, die nicht oder nur schwer vollständig elektrifiziert werden können.

Dazu gehören beispielsweise:

Industrie

In der Industrie wird Wasserstoff bereits heute als Rohstoff und Prozessgas eingesetzt. Zukünftig kann erneuerbarer Wasserstoff unter anderem bei der Herstellung von Stahl, chemischen Produkten, Grundstoffen und synthetischen Kraftstoffen an Bedeutung gewinnen.

Energieversorgung und Speicherung

Elektrolyseure können erneuerbaren Strom aufnehmen und in speicherbaren Wasserstoff umwandeln. Wasserstoff kann später wieder zur Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt oder als industrieller Rohstoff genutzt werden.

Damit kann Wasserstoff insbesondere in integrierten Energiesystemen eine Verbindung zwischen Stromerzeugung, Industrie, Speicherung und Versorgungssicherheit schaffen.

Logistik und Schwerlastverkehr

Bei bestimmten Nutzfahrzeugen, Spezialfahrzeugen, Flotten und langen Einsatzzeiten kann Wasserstoff eine Ergänzung zu batterieelektrischen Antrieben darstellen.

Ob eine Wasserstofflösung wirtschaftlich und energetisch sinnvoll ist, muss für den jeweiligen Fuhrpark und Einsatzzweck geprüft werden.

Schifffahrt und Luftfahrt

Für Schiffe und Flugzeuge können wasserstoffbasierte Kraftstoffe wie E-Methanol, erneuerbares Ammoniak oder E-Kerosin eine wichtige zukünftige Rolle übernehmen.

Gerade in diesen Bereichen werden Energieträger mit hoher Energiedichte und geeigneten Speicher- und Transporteigenschaften benötigt.

Militär, Rettung und kritische Infrastruktur

Wasserstoff, Brennstoffzellen und synthetische Kraftstoffe können für autarke Energieversorgung, mobile Systeme, Notstromversorgung und schwer elektrifizierbare Einsatzbereiche interessant sein (dezentrale Versorgung).

Gebäude und Wärmeversorgung

In ausgewählten Quartiers-, Industrie- oder Insellösungen kann Wasserstoff Teil eines kombinierten Strom- und Wärmekonzeptes werden.

Dabei sollte immer geprüft werden, ob eine direkte Nutzung erneuerbaren Stroms, eine Wärmepumpe, ein Batteriespeicher oder eine andere Technologie effizienter ist. Wasserstoff sollte insbesondere dort eingesetzt werden, wo er einen nachvollziehbaren technischen und wirtschaftlichen Vorteil bietet.

Wie kann ein H2-Farmer Geld verdienen?

Die Wirtschaftlichkeit einer H2-Farm basiert in der Regel nicht auf einer einzigen Einnahmequelle.

Mögliche Erlösmodelle können sein:

• ✓Verkauf von grünem Wasserstoff
• ✓langfristige Lieferverträge mit Industrieunternehmen
• ✓Versorgung eigener Maschinen, Fahrzeuge oder Produktionsanlagen
• ✓Belieferung regionaler Logistikflotten
• ✓Betrieb einer Wasserstofftankstelle
• ✓Produktion und Verkauf von E-Fuels
• ✓Nutzung oder Verkauf des bei der Elektrolyse entstehenden Sauerstoffs
• ✓Bereitstellung von Prozesswärme oder Abwärme
• ✓Dienstleistungen für Netz- und Energiemanagement
• ✓Speicherung überschüssiger erneuerbarer Energie
• ✓Beteiligung an regionalen Energieprojekten
• ✓Kooperationen mit Stadtwerken und Energieversorgern
• ✓Herkunftsnachweise und zertifizierte Energieprodukte
• ✓Nutzung geeigneter Förder- und Finanzierungsinstrumente

Besonders wichtig ist ein möglichst frühzeitig gesicherter Abnehmer. Eine technisch funktionierende Anlage ist noch kein vollständiges Geschäftsmodell.

Vor der Investitionsentscheidung müssen daher unter anderem Produktionskosten, Strombezug, Auslastung, Wartung, Speicherung, Transport, Zertifizierung, Finanzierung und Verkaufspreise realistisch betrachtet werden.

Regional produzieren – global denken

H2-Farmen können einen Beitrag zu einer stärker dezentralen Energieversorgung leisten.

Statt erneuerbare Energie ausschließlich über weite Strecken zu transportieren, kann sie teilweise dort weiterverarbeitet werden, wo sie entsteht.

Dadurch können regionale Wertschöpfungsketten aufgebaut werden:

• ✓Energie wird vor Ort erzeugt.
• ✓Wasserstoff wird regional produziert.
• ✓Unternehmen erhalten einen neuen Energieträger.
• ✓Kommunen und Betreiber schaffen neue Einnahmequellen.
• ✓Transportwege können reduziert werden.
• ✓Überschüssige erneuerbare Energie kann sinnvoll genutzt werden.
• ✓Neue Arbeitsplätze und technische Dienstleistungen können entstehen.

Gleichzeitig bleibt Wasserstoff ein international handelbarer Energieträger. Größere H2-Farmen können deshalb langfristig Teil regionaler, nationaler oder grenzüberschreitender Versorgungsnetze werden.

Die Europäische Union entwickelt ihre Infrastruktur für Wasserstoff, Elektrolyseure, Speicherung und grenzüberschreitende Versorgung weiter.

Wer kann H2-Farmer werden?

Grundsätzlich kann jeder geeignete Betrieb, Flächeneigentümer, Investor oder Energieerzeuger prüfen lassen, ob sich ein Standort für eine H2-Farm eignet.

Besonders gute Voraussetzungen können vorhanden sein, wenn:

• ✓bereits eine Photovoltaik-, Windkraft- oder Biogasanlage betrieben wird,
• ✓zusätzliche erneuerbare Energie erzeugt werden kann,
• ✓ausreichend Fläche verfügbar ist,
• ✓Wasser und ein geeigneter Netzanschluss vorhanden sind,
• ✓ein Industrie- oder Verkehrsbetrieb Wasserstoff benötigt,
• ✓eine regionale Tankstellenlösung geplant ist,
• ✓mehrere Unternehmen gemeinsam Energie beziehen möchten,
• ✓Abwärme und Sauerstoff sinnvoll genutzt werden können,
• ✓oder ein langfristiger Abnahmevertrag vorbereitet werden kann.

Nicht jeder Standort wird für jede Anlagengröße oder jedes Produkt geeignet sein. Deshalb beginnt jedes seriöse H2-Projekt mit einer individuellen Prüfung.