Dieser Eisenreaktor soll ein wichtiges Puzzlestück für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff werden

By Aafke Eppinga

Man kann es getrost als die größte Herausforderung der Energiewende bezeichnen: die Speicherung und der Transport von grüner Energie. Die Niederlande setzen voll auf Wind- und Solarenergie, aber das Stromnetz ist überlastet. Mit zahlreichen Projekten, europäischen Konsortien und rund 800 Millionen an Subventionen setzt die Zentralregierung auf grünen Wasserstoff. Aber auch hier stellt sich die Frage: Wie werden wir die Speicherung und Verteilung verwalten?

Eine dezentralisierte Lösung

“Es gibt bereits eine Infrastruktur von Pipelines, aber dieses Netz ist auf die fünf großen Industriecluster ausgerichtet. Sie sind für 30 Prozent der industriellen CO₂-Emissionen verantwortlich. Der sechste Cluster – ‘der Rest’ – ist für die restlichen siebzig Prozent verantwortlich. Alle diese Unternehmen sind nicht (richtig) an das Wasserstoffnetz angeschlossen. Ihre Möglichkeiten, nachhaltiger zu werden, sind daher eher begrenzt”, erklärt Timme ter Horst, Geschäftsführer des Studententeams SOLID.

Deshalb hat das Team eine dezentrale Lösung entwickelt, die nicht von dieser Infrastruktur abhängig ist. Es handelt sich dabei um den SIR One (Steam Iron Reactor), den SOLID mit Hilfe der Projektpartner RIFT, TU/e, DNV und Metalot sowie des Zuschussgebers Metropool Regio Eindhoven gebaut hat. Der Reaktor wurde auf der Grundlage einer Wasserstoffspeichertechnologie unter Verwendung von Eisen gebaut. SIR One kann ein Kilogramm Wasserstoff speichern und benötigt dazu 20 Kilogramm Eisen.

Warum ist das nicht schon lange auf dem Markt?

“Mit Eisen kann man Wasserstoff vergleichsweise sehr kompakt speichern. Der Rohstoff hat eine hohe Energiedichte und kann bis zu dreimal mehr Wasserstoff pro Volumen speichern, als wenn man Wasserstoff unter hohem Druck speichert. Das ist heute der gängigste Weg”, stellt Max Winkel klar. Er hat in diesem Studienjahr eine Pause von seinem Master in Angewandter Physik und Kernfusion eingelegt, um als Teamleiter bei SOLID zu arbeiten.

Die Speicherung von Wasserstoff in Eisen funktioniert folgendermaßen. Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Eisenoxid – in der Fachsprache Rost – entstehen zwei Produkte: Eisen und Wasser. Eisen dient dabei als Speichermedium. Um daraus wieder Wasserstoff gewinnen zu können, setzt SOLID dem Eisen Wasserdampf zu. Dabei entstehen wiederum Wasserstoff und Eisenoxid. So entsteht ein Kreislauf, in dem Eisen als nachhaltiger Wasserstoffspeicher fungiert. “Das Ziel ist, dass das Eisen, das wir in den Reaktor geben, mindestens 20 Mal einen solchen Zyklus durchlaufen kann”, sagt er. Außerdem ist Eisen das am häufigsten vorkommende Element auf der Erde und hat weniger Sicherheitseinschränkungen als Wasserstoff”, so Winkel. Diese Kombination macht es zu einer kostengünstigen Alternative für die Speicherung und Verteilung von Wasserstoff in großem Maßstab.

Als Winkel dem Team beitrat, dachte er, die Technologie sei relativ einfach. “Ich habe nicht verstanden, warum das Konzept nicht schon längst auf dem Markt war. Jetzt weiß ich es besser (lacht). Als Physiker mache ich mir nie Gedanken darüber, welche Schraube ich brauche, um zwei Teile miteinander zu verbinden. In diesem Jahr habe ich wirklich entdeckt, wie schwierig es ist, eine Technologie zur Marktreife zu bringen.”

Erfolgreiche Vorgänger

Das Team baut auf der von seinen Vorgängern entwickelten Technologie auf. Im Jahr 2020 entwickelte das Studententeam zusammen mit dem Konsortium Metal Power die erste industrielle Verbrennungsanlage für Eisenpulver. Daraus entstand das Spin-off-Unternehmen RIFT, das Ende letzten Jahres zwei Millionen an Investitionen erhielt. Ter Horst: “Dieses Konzept wird jetzt außerhalb von SOLID groß gemacht, wir haben uns ganz bewusst dafür entschieden, etwas anderes zu machen.”

Dass ihre Vorgänger so erfolgreich sind, bringt gewisse Erwartungen mit sich, meint Ter Horst. Als Geschäftsführer schaut er darauf, wo diese sehr junge Technologie in der Gewalt der Energieriesen steht. Oder, wie er es selbst nennt, “verschiedene Märkte für Wasserstoff auskundschaften”.

Anwendungen: Schwerindustrie und saisonale Speicherung

“Der Markt für Wasserstoff wird sehr stark gehypt, aber wofür wird er wirklich verwendet? Unsere Antwort darauf lautet: Wir wollen die Schwerindustrie nachhaltiger machen. Damit sind die Sektoren gemeint, die für ihre Produktionsprozesse sehr hohe Temperaturen benötigen. Es gibt sechs Industriecluster, von denen fünf an die Gaspipelineinfrastruktur angeschlossen sind. Der sechste Cluster ist eigentlich gar kein Cluster, sondern “der Rest”. Denken Sie an die Hersteller von Keramik, Glas und Papier. Sie haben keinen direkten Zugang zur Wasserstoffinfrastruktur. Darauf wollen wir uns konzentrieren, denn unsere Lösung ist dezentral.

Darüber hinaus ist auch die saisonale Wasserstoffspeicherung ein Anwendungsbereich, auf den sich SOLID konzentriert. Winkel: “Im letzten Sommer gab es in den Niederlanden einen großen Stromüberschuss. In solchen Zeiten möchte man Wasserstoff produzieren und speichern, um ihn später zu nutzen. Salzkavernen im Norden der Niederlande sind die meistgenannte Alternative, aber der Nachteil ist, dass man sie nicht bewegen kann. Und deshalb braucht man wieder diese Infrastruktur. Unsere Lösung können Sie überall aufstellen, wo Sie wollen.

Bleibt eine wichtige Frage: Woher will SOLID das ganze Eisen nehmen? “Wir prüfen, ob wir Alteisen in unserem Reaktor verwenden können. Außerdem ist das Eisen, das wir nicht mehr verwenden können, immer noch sehr rein und kann leicht für die Stahlindustrie verwendet werden”, sagt Winkel. SOLID ist Teil des Projekts “Wasserstoff in einer Kreislaufwirtschaft” des KWR Watercycle Research Institute.

Kein fetter Rennwagen und keine Drohne

Obwohl SIR One gerade erst gestartet ist, sind seine Nachfolger bereits bekannt. SIR Two soll fünfhundert Kilowattstunden Wasserstoff speichern können; 2027 will SOLID SIR Three im Hafen von Rotterdam in Betrieb nehmen. Ter Horst: “Wir entwickeln keinen fetten Rennwagen oder eine Drohne, sondern eine Technologie, die das Potenzial hat, in großem Maßstab eingesetzt zu werden und etwas zu bewirken.”