Wenn die Bedingungen stimmen: Innovative Ideen in Mitteldeutschland zur Herstellung von Wasserstoff

Im Energiepark Bad Lauchstädt erfolgte erfolgreich am 10. November 2026 die Inbetriebnahme des neuen Druck-Alkali-Elektrolyseurs zur industriellen Herstellung von Wasserstoff. Am ersten Tag wurden schon mal drei Tonnen grüner Wasserstoff (H) produziert. Weltweit erstmalig ist beim Energiepark Bad Lauchstädt, dass die Wasserstoffwertschöpfungskette an einem Standort zusammengeführt wird, d.h. ein Windpark erzeugt den Strom für den Elektrolyseur, Aufspaltung des Wassers in H und Sauerstoff, Transport von H in ehemaligen Erdgasleitungen, Speicherung von H in Kalisalzkavernen.

Der schon fertiggestellte Windpark verfügt über rund 50 Megawatt installierte Leistung und liefert erneuerbaren Strom für die Elektrolyse. Der Druck-Alkali-Elektrolyseur, entwickelt und gefertigt vom Dresdner Spezialisten Sunfire, besteht aus drei Modulen mit jeweils zehn Megawatt Leistung. Jedes Modul umfasst zwei sogenannte Stacks, in denen die elektrochemische Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet.

Die Elektrolyseanlage für die Wasserstofferzeugung ist mit 30 Megawatt in einer systemrelevanten Größe und aktuell eine der größten laufenden Anlagen dieser Art. Pro Jahr will das Team auf diese Weise rund 35 Millionen Kubikmeter Wasserstoff erzeugen. Für den Weitertransport nutzt das Projekt eine rund 25 Kilometer lange ehemalige Erdgasleitung der ONTRAS Gastransport GmbH, die für Wasserstoff umgerüstet wurde.

Künftig soll der Wasserstoff in der Raffinerie von TotalEnergies in Leuna industriell eingesetzt werden. Im nächsten Schritt geht es darum, das Zusammenspiel von Stromerzeugung, Elektrolyse, Gasaufbereitung, Transport und Speicherung unter realen Bedingungen zu optimieren und die technischen Abläufe aufeinander abzustimmen.

Mit der ersten Wasserstoffproduktion ist damit nicht nur ein wichtiger technischer Schritt erreicht: Das Gesamtprojekt rückt näher an sein Ziel, grünen Wasserstoff im industriellen Maßstab bereitzustellen. Der Abschluss der Gesamtinbetriebnahme des integrierten Wasserstoffsystems ist für 2027 geplant.

Im August 2026 erhielt der Energiepark zudem die RFNBO-Zertifizierung (Renewable Fuel of Non-Biological Origin), die bestätigt, dass der erzeugte Wasserstoff die Anforderungen der europäischen Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED III) erfüllt und als RFNBO-konformer, grüner Wasserstoff vermarktet werden kann.

In Zukunft entscheidend ist die Herstellung von grünem Wasserstoff

Wenn für die Stromnetze und Stromabnehmer zu viel Strom durch Erneuerbare Energien aus Solar- und Windkraftanlagen erzeugt wird, wurde bisher dieser überschüssige Strom ins Ausland verkauft, in Batterien zwischengespeichert oder die Erzeugeranlagen abgestellt (abgeregelt).

Für dieses Abregeln müssen den Anlagenbetreibern Entschädigungszahlungen durch die Regulierungsbehörde gezahlt werden. Um diese Entschädigungszahlungen zu reduzieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten, den überschüssigen Strom zu nutzen: den Strom in Batteriesystemen zwischenzuspeichern oder den Strom umzuwandeln, zum Beispiel in Wasserstoff. Der erzeugte Strom muss nicht „weggeworfen“ werden, wie sich die Bundeswirtschaftsministerin einmal negativ äußerte.

Wie erfolgt die Wasserstoffgewinnung durch Elektrolyse?

Bei der Wasserstoffelektrolyse handelt es sich um ein Verfahren zur Spaltung von Wasserstoff und Sauerstoff. Es bestehen verschiedene etablierte Verfahren:

– Dazu gehören die alkalische Elektrolyse (AEL) wie im Energiepark Bad Lauchstädt, als bewährte Standardtechnologie mit einem Wirkungsgrad von ca. 60 bis 70 % (entspricht rund 50 bis 53 kWh Strom pro Kilogramm Wasserstoff), die PEM-Elektrolyse (Proton-Exchange-Membran) bei Lastenschwankungen (wichtig für erneuerbare Energien) und oft kompakter, mit einem Wirkungsgrad von 60 bis 80 % und

– die Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC, Solid-Oxid) nutzt zusätzlich die Abwärme, wodurch höhere Wirkungsgrade von über 80 % möglich sind.

Die Wasserstoffelektrolyse mit Wasser birgt mehrere Probleme: Als Katalysatoren werden immer noch meist Edelmetalle verwendet, die vergleichsweise selten und daher teuer sind. Außerdem versucht man, die Energieverluste an den Elektroden zu reduzieren. Forscher suchen also nach kostengünstigeren Materialien und Wegen zur Effizienzsteigerung, um den etablierten Prozess der Wasserstoffelektrolyse zu verbessern.

Eine Lösung könnten spezielle Katalysatoren im Elektrodenmaterial darstellen. Sogenannte Perowskit-Oxide bieten aufgrund ihrer atomaren Anordnung den Vorteil, dass sie sich sehr einfach austauschen lassen. Durch intensives Testen im Rahmen der Wasserstoffelektrolyse finden Forscher derzeit noch heraus, welche chemischen Elemente für die Elektrolyse am besten geeignet sind.

Als erwiesen gilt inzwischen beispielsweise, dass eine Perowskit-Struktur aus Kobalt, Barium und Eisen hervorragendes Elektrodenmaterial liefert oder Aluminium oder auch Lithium-Ionen.

Funktionsweise von Anlagen zur Wasserstoff Elektrolyse

Für die Wasserstoffelektrolyse sind erforderlich: ein Elektrolyseur zur Aufspaltung von Wasser (Power-to-Gas-Anlage), die Energiespeicherung durch einen Wasserstoffzwischenspeicher sowie eine Anlage für die Verdichtung des flüchtigen Gases H.

Zunächst muss also der Strom für die Wasserstoff Elektrolyse aus dem Stromnetz in die Anlage eingespeist werden. Im sogenannten Elektrolyseur, einer Vorrichtung für die Zerlegung, wird dann das Wasser durch Elektrolyse in seine Grundbestandteile Wasser- und Sauerstoff geteilt. Anschließend wird der gewonnene Wasserstoff in einen Verdichter geleitet. In diesem wird er einem höheren Druck (bis zu 300 bar) ausgesetzt.

Derart komprimiert lässt sich das Gas einfacher transportieren. In einem Zwischenspeicher wird der Wasserstoff bis zu seinem Weitertransport aufbewahrt. In der Regel erfolgt die Speicherung gasförmig in Druckbehältern oder Kavernen (Hohlräume in bestimmten Erdschichten), teilweise wird er aber auch flüssig gespeichert oder auf molekularer Ebene in Metallen eingelagert.

Ein neues Projekt zur Umwandlung von überschüssigem Strom in grünen Wasserstoff: Die Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse-Technologie (ZZE)

Die Berliner Technologiefirma STOFF2 will in den Niederlanden eine neuartige Anlage zur Produktion und Speicherung von grünem Wasserstoff testen. Es ist eine Demonstrationsanlage vorgesehen mit einer Kapazität von rund 750 kWh Wasserstoff pro Zyklus für Laden, Speichern und Produzieren. Zusätzlich zur Anlage selbst werden technische Einrichtungen für die Steuerung sowie den elektrischen Anschluss errichtet.

Das Projekt dient zunächst als Praxistest. STOFF2 möchte nachweisen, dass die Technologie zuverlässig in einer industriellen Umgebung sowie unter realen Bedingungen des Energie- und Stromnetzes betrieben werden kann.

An sonnigen und windreichen Tagen wird häufig mehr erneuerbarer Strom erzeugt, als zu diesem Zeitpunkt transportiert und genutzt werden kann. STOFF2 entwickelt die sogenannte Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse-Technologie (ZZE), bei der Energie mithilfe von Zink temporär chemisch gespeichert wird. Es wird bei der ZZE Technologie von einer Effizienz zur Umwandlung von Strom in H von 70 Prozent ausgegangen. Deshalb ist die Herstellung von H auch noch kostenintensiv und wird deshalb nur für Ausnahmefälle nachgefragt.

ZZE vereint die Funktionen eines Energiespeichers und eines Elektrolyseurs in einem System und bietet eine kostengünstige Lösung zur Dekarbonisierung schwer elektrifizierbarer Sektoren durch grünen Wasserstoff. Die Anlage lädt tagsüber über vier Stunden Strom aus Sonne und Wind, wenn die Strompreise niedrig sind, und produziert anschließend über einen Zeitraum von 12 bis 24 Stunden kontinuierlich kostengünstigen und grünen Wasserstoff.

Langfristig könnte Wasserstoff aus solchen Systemen in Bereichen genutzt werden, in denen eine direkte Elektrifizierung schwierig ist, beispielsweise im Schwerlastverkehr oder in bestimmten industriellen Prozessen.

Die positiven Wirkungen sind:

– überschüssiger Strom wird im H gespeichert,

– die Stromspitzen werden in biogenes Methan über die ZZE Elektrolyse umgewandelt. Dieses biogene Methan kann in die vielen vorhandenen Gasleitungen eingespeist werden, denn extra dichte Wasserstoff-Leitungen sind bisher nur wenige vorhanden.

– für die Elektrolyse wird kein Trinkwasser genutzt, sondern eher das gereinigte Abwasser der Kläranlagen, – die Reaktion mit Zink lässt eine höhere Energiedichte zu, dadurch können die Elektrolyse-Container dichter zusammen gestellt werden, da das Material nicht brennt. Es wird damit weniger Aufstell-Fläche benötigt.

Ein anderer Weg zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Elektrolyse

Australische Forscher der University of Wollongong und dem ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science präsentierten ihre Arbeit vom August 2024 an einem Elektrolyseur mit einem Wirkungsgrad von 98 Prozent. Ihrem Verfahren reicht eine Strommenge von 40 kWh für die Gewinnung von einem Kilogramm H2.

Bei bisher eingesetzten Elektrolysemethoden befindet sich noch immer mindestens eine der beiden Elektroden im Wasser (genauer: meist eine wässrige Lösung in bestimmter Zusammensetzung, wie Kaliumhydroxid und Wasser). Stattdessen wird nun eine Kapillare verwendet, um das zu spaltende Wasser der Spannung auszusetzen.

Keine der beiden Elektroden befindet sich mehr direkt in der Flüssigkeit. Kapillaren sind feinste Röhrchen, in denen Flüssigkeit von allein aufsteigt – auch entgegengesetzt der Schwerkraft.
Wasserstoff herstellen ohne Einwirkung von Strom

Nach Informationen von mdr Wissen vom 10.5.2025 gibt es schon Versuche, Wasser direkt durch die Kraft der Sonne zu spalten, in Wasserstoff und Sauerstoff.

Ein Forschungsteam an der Uni Jena arbeitet an einem Verfahren, mit dem grüner Wasserstoff direkt und ohne Strom hergestellt werden kann. Allein mit der Energie des Sonnenlichtes. Bisher können im Labor noch im Reagenzglas auf diese Weise erst kleinere Menge Wasserstoff hergestellt werden, informiert der Chemiker Schneidewind.

Für die kommenden fünf Jahre wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 2,8 Millionen Euro gefördert. Das Ziel: auf sechs Prozent Effizienz zu kommen. Der Weg dorthin: trial and error. „Wenn man hundert Katalysatoren testet, weiß man häufig nicht, was funktionieren wird“, erklärt Schneidewind.

Es lässt sich nicht alles rechnerisch modellieren, deshalb hat Katalysatorforschung generell eine starke empirische Komponente. Immer wieder muss der Prozess durchgeführt und gemessen werden, wie viel Wasserstoff entstanden ist.