Wasserstoff: Wie grün wäre die Produktion in der Nordsee?

Grüner Wasserstoff ist wahrscheinlich ein wesentlicher Baustein der Energiewende. Gewonnen wird er durch Elektrolyse – also die elektrochemische Spaltung von Wasser. Grün ist diese Wasserstoffproduktion dann, wenn dabei erneuerbare Energien verwendet werden. Dabei gilt es als besonders effizient, Wasserstoff direkt an Offshpre-Windanlagen zu produzieren, da dort sowohl viel Wasser als auch der benötigte Strom vorhanden ist. Forscher:innen haben sich nun damit beschäftigt, welche Auswirkungen die Produktion von Wasserstoff in der Umgebung von Offshore-Windparks in der Nordsee haben würden.

Grüner Wasserstoff dank Windkraft

Im deutschen Windenergie-auf-See-Gesetz (WindSeeG) ist die Erzeugung von Wasserstoff in der Nordsee mittels Windenergie bereits vorgesehen. Dafür sollen Offshore-Wasserstoffanlagen vorgesehen, die eine Kapazität von zehn Gigawatt erreichen sollen. Die dafür benötigten Technologien werden aktuell erprobt.

Wie genau sich solch eine Offshore-Wasserstoffproduktion auf die Nordsee und die darin enthaltene Meeresumwelt auswirken würde, haben Nils Christiansen und seine Kollegen vom Helmholtz Zentrum Hereon in Geesthacht untersucht. „Die Offshore-Wasserstoffproduktion ist mit erheblichem Wasserverbrauch, der Entsalzung von Meerwasser und dem Einsatz von Chemikalien verbunden„, so die Forscher:innen. Zumindest gelte das so für die aktuell gängigen Elektrolyse-Methoden, da für diese hochreines und entsalzenes Wasser benötigt wird.

Mittels Computersimulationen fand das Team heraus, dass die Auswirkungen der Elektrolyse selbst eher gering wären. Die vorher nötige Entsalzung des Meerwassers würde ich deutlich mehr auswirken, da diese oft auf Verdunstung beruht, wobei eine warme, hochsalzige Sole als Abfallstoff zurückbleibt. Diese Sole wird dann ins Meer abgeleitet. Eine Anlage mit einer Kapazität von 500 Megawatt kann dabei die Meerestemperatur in einem Radius von zehn Metern um bis zu zwei Grad erhöhen.

Offshore-Anlagen beeinflussen Wassertemperatur und Schichtung der Nordsee

Mit zunehmender Entfernung von der Anlage nimmt die Erwärmung dann deutlich ab. Simulationen mit mehreren nah beieinanderstehenden Wasserstoffanlagen mit einer Gesamtkapazität von zehn Gigawatt zeigten, dass die Abwärme die Wassertemperaturen im Abstand von etwa einem Kilometer im Jahresmittel um 0,1 bis 02, Grad erhöhen würde.

Es gibt noch einen zweiten Effekt, den die Offshore-Wasserstoffproduktion mit sich bringt. Normalerweise ist das Meerwasser in der Tiefe dichter, salziger und auch kälter als an der Oberfläche. Wenn die Sole einer Wasserstoffanlage an der Meeresoberfläche eingeleitet werden würde, würde diese Schichtung um etwa 6,5 Prozent verstärkt werden. Würde die Sole dagegen am Meeresgrund eingeleitet, wäre es ihr hoher Salzgehalt, der die Schichtung fördern würde. Diese verstärkte Schichtung würde in beiden Fällen den Nährstofftransport in der Wassersäule verschlechtern. „Wenn man aber die Soleeinleitung gleichmäßig über die Wassersäule verteilt, kann dies den lokalen Effekt auf die Schichtung minimieren„, erklären die Forscher:innen.

Die Abwärme entsteht allerdings vor allem durch die Entsalzung, sodass nichtthermische Entsalzungsmethoden eine gute Lösung wären. „Die Umkehrosmose ist beispielsweise energieeffizienter und senkt auch den Wasserverbrauch der Wasserstoffproduktion„, so die Forscher:innen.

Verhältnismäßig geringe Auswirkungen auf die Nordsee

Das Team kommt unterm Strich zu dem Schluss, dass die Auswirkungen einer solchen Offshore-Wasserstoffproduktion in der deutschen Nordsee eher gering ausfallen würden. Dies gelte insbesondere, wenn man kleine, dezentrale Anlagen einsetzen würde. „Die weiträumigen Effekte sind für Anlagen unterhalb von zwei Gigawatt Produktionskapazität gering und ohne signifikante Auswirkungen auf die regionale Schichtung„, schließen die Forscher:innen. Daher empfehlen sie, solchen dezentralen Anlagen gegenüber Großanlagen den Vorzug zu geben.

„Unsere Erkenntnisse helfen, die Auswirkungen der Erzeugung von grünem Wasserstoff auf die Meere besser zu verstehen und frühzeitig Lösungen für eine nachhaltige und naturverträgliche Energiewende auf See zu entwickeln. Jetzt sind weitere Studien nötig, um andere Technologien wie chemische Verfahren zu untersuchen sowie die genauen Auswirkungen auf Ökosysteme„, fasst Christiansen zusammen.

via Helmholtz-Zentrum Hereon