Thüringens größtes H₂-Ökosystem im Aufbau

Im Herzen Thüringens – rund um Erfurt und nördlich im Thüringer Becken – zeigt TH₂ECO einen im Aufbau befindlichen regionalen Wasserstoffmarkt. Seit 2021 entwickelt ein partnerschaftliches Konsortium aus regionalen Spezialisten dieses Vorhaben. Die Partner kommen aus den Bereichen der erneuerbaren Energien, sind Netzbetreiber sowie Energie- und Stromanbieter, die den Auf- und Ausbau einer nachhaltigen H₂-Infrastruktur und die Etablierung des neuen Energieträgers Wasserstoff vorantreiben. Von Beginn an mit dabei ist Projektmanager Kilian Fromm von Green Wind Innovation, der für dieses Projekt während der diesjährigen Hannover Messe von Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck den H2Eco Award überreicht bekommen hat.

TH₂ECO will einen regionalen Wasserstoffmarkt schaffen, der zeigt, dass das komplexe System eines Marktes mit verschiedenen wirtschaftlichen, technischen und regulatorischen Anforderungen über die komplette Wertschöpfungskette – von grüner H₂-Erzeugung bis hin zur -Anwendung – regional funktioniert und langfristig die lokale Wertschöpfung in einem überregionalen Markt einbindet.

TH₂ECO hat sich drei Kernzielen verschrieben: Dekarbonisierung, Regionalität und Nachhaltigkeit. Durch den Hochlauf einer kohlenstoffarmen Wirtschaft werden die CO₂-Emissionen in Thüringen erheblich reduziert. Mit einer netzdienlichen Integration in bestehende Netze werden regionale bereits vorhandene Strukturen integriert.

Von der Erzeugung bis zur Anwendung

Im Verbund und in koordinierter Projektsteuerung arbeiten derzeit drei Energieerzeuger (Green Wind Innovation, Boreas Energie, TEAG Thüringer Energie AG), drei Gasnetzbetreiber (Ferngas Netzgesellschaft, SWE Netz und TEN Thüringer Energienetze) und ein Gasspeicherbetreiber (TEP Thüringer Energie Speichergesellschaft) sowie mehrere Abnehmer zusammen. Die H₂-Hauptanwendungen erfolgen im Bereich Mobilität, in der zentralen Wärmeerzeugung im Rahmen der Fernwärmeversorgung von Erfurt (SWE Energie) sowie im Industriesektor:

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• Mobilität: Güterverkehrszentrum (GVZ) Erfurt Ost mit einer Tankstelle für Nutzfahrzeuge von der Jet H2 Energy sowie Intralogistikanwendungen und die Nutzung im Schienenverkehr
• Industrie: Unternehmen am Erfurter Kreuz
• Wärme: GuD-Heizkraftwerk der Stadtwerke Erfurt zur Wärme- und Stromerzeugung, Gasnetzbeimischung in die Verteilnetze

Phase 1: Gasleitung bereits in Umwidmung
TH₂ECO ist in drei Phasen gegliedert, die aufeinander aufbauende Stufen des entstehenden Wasserstoffmarktes abbilden. In der Initialphase bis 2025 ist geplant, dass drei Elektrolyseanlagen mit einer Gesamtkapazität von 25 MW im Thüringer Becken in Betrieb gehen. Der H₂-Transport erfolgt vorrangig über die bestehende, in der Umwidmung auf 100 Prozent grünen Wasserstoff befindliche 42 km lange Ferngasleitung. Im Erfurter Stadtgebiet sorgt die SWE Netz für die weitere Versorgung per H₂-Leitung.

Das GuD-Heizkraftwerk in Erfurt, das Industriegebiet am Erfurter Kreuz und das Ortsnetz von Kirchheiligen werden somit über diese Pipeline angeschlossen. Unidirektional wird der Porengasspeicher bei Kirchheiligen eingebunden, welcher für die H₂-Nutzung bereits untersucht und für den die Realisierbarkeit bestätigt wurde. Auch das GVZ in Erfurt wird bereits in der Initialphase zum zweiten Quartal 2025 versorgt, wobei aufgrund der neu zu erbauenden Gasnetzanbindung zunächst eine Belieferung über Hochdrucktrailer erfolgen soll.

Phase 2: Erweiterung auf 40 MW Erzeugungsleistung
In der zweiten Phase zur Erweiterung des entstandenen regionalen H₂-Marktes ist bei einem Hochlauf des deutschen Wasserstoffmarktes ein Ausbau der Erzeugungskapazitäten auf 40 MW vorgesehen. Die H₂-Netzstruktur soll erweitert werden, wofür die Gasverteilnetze der TEN Thüringer Energienetze angeschlossen werden und der H₂-Speicher bidirektional genutzt wird. Abnahmeseitig wird das Erfurter Gasnetz angeschlossen und die Anbindung im GVZ leitungsgebunden erfolgen. Der H₂-Einsatz im GuD-Heizkraftwerk wird erhöht und der Schienenverkehr eingebunden.

Phase 3: Überregionale Einbindung
Anschließend wird das TH₂ECO-Projekt durch die zusätzliche Aufnahme von regionalen H₂-Erzeugungen und den H₂-Import aus anderen Regionen weiter skaliert. Die Netzstruktur wird in das überregionale H₂-Backbone-Netz eingebunden, so dass eine Versorgung von großen Industriebetrieben gewährleistet wird und die Stadtwerke ihre Klimaneutralität erreichen können.

Beispielhaft für Deutschland
Einen hohen Innovationsgrad zeigt TH₂ECO bereits in der Initialphase: Aufgrund des potenten Netzwerks auf der Erzeugungs- und Abnahmeseite entstehen auf beiden Seiten der Wertschöpfungskette Marktstrukturen, die TH₂ECO von anderen Projekten unterscheiden.

Durch drei H₂-Erzeuger und verschiedene -Abnehmer in unterschiedlichen Branchen ergibt sich eine Vielzahl von neuen Fragestellungen, die im TH₂ECO-Projekt beispielhaft angegangen werden und die eine Blaupause für H2 in Deutschland darstellen:

• Wie etablieren sich praxisorientierte Vertragsstrukturen zwischen H₂-Produzenten und -Abnehmern? Sind es bilaterale Vertragsstrukturen oder gibt es zentrale H₂-Händler, die erzeugungsseitig Kapazitäten bündeln und zwischen den Abnehmern verteilen?
• Wie wird mit Energieüberschüssen im Markt umgegangen? Wer ist verantwortlich für Abregelungen und Ausgleichsenergiemengen?
• Hohe H₂-Qualitäten (Wasserstoff 5.0) können in einer umgewidmeten Pipeline bei der Entnahme nicht garantiert werden, wie kann hier ein effizienter Mechanismus gefunden werden?
• Im Wärme- oder Industriesektor bestehen andere regulatorische Rahmen als im Mobilitätsbereich (Anrechnung bei der THG-Quote). Wie können die unterschiedlichen Erlöspotentiale in einem Markt zusammengebracht werden?

Modular aufgebaute Elektrolysecontainer
Durch die gemeinsame Planung und enge Abstimmung im Konsortium werden verlässliche und funktionierende Strukturen geschaffen, die das Risiko für alle Vorhabensträger reduzieren und einen gleichzeitigen Hochlauf von H₂-Angebot und -Nachfrage ermöglichen.

Die H₂-Erzeuger gewährleisten in der Initialphase eine wirtschaftliche H₂-Produktion durch die intelligente Kombination der Energie aus eigenen Wind- und PV-Freiflächenanlagen, die die Elektrolyseure mit CO₂-freier Energie versorgen. Durch die eigenen EE-Anlagen der H₂-Erzeuger ist hier eine langfristige, planbare Stromversorgung mit festen Preisen gewährleistet.

Durch einen modularen Aufbau und die flexible Anlagenstruktur von mehreren MW-Elektrolysecontainern wird die Anpassung an die physischen und rechtlichen Anforderungen des Wasserstoffs für verschiedene Versorgungsstränge im TH₂ECO-Projekt an einem Elektrolysestandort ermöglicht. So kann einerseits von Beginn an eine Hochdruck-Trailerbefüllung mit 5.0-REDII-grünem Wasserstoff und andererseits mit CO₂-freiem grünen Wasserstoff mit 30 bar für die H₂-Leitungseinspeisung erfolgen. Synergien der H₂-Nachfrage und unterschiedliche Erlösströme werden so genutzt, um wirtschaftliche Einnahmen in den verschiedenen Anwendungsbereichen zu ermöglichen.

Im Rahmen der Hannover Messe wurde TH₂ECO, und hier namentlich Green Wind Innovation, mit dem H2Eco-Award ausgezeichnet – eine Auszeichnung des DWV und der Deutschen Messe für Unternehmen, die mit ihren Projekten einen herausragenden Beitrag zum Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft leisten. Green Wind Innovation ist im TH₂ECO für den Aufbau einer modularen 10-MW-Elektrolyseanlage innerhalb des Konsortiums zuständig. Das Vorhaben zeichnet sich gemäß der Bewertung der namenhaft besetzten Jury durch einen besonderen systemtechnischen, volkswirtschaftlichen Beitrag zum Klimaschutz und zur CO₂-Einsparung aus.

TH₂ECO MOBILITY wird HyPerformer
Im Bereich Mobilität wird durch die geplante Tankstelle im GVZ Erfurt der Zugriff auf höhere Erlöspotentiale für Wasserstoff ermöglicht. Aktuell wurde TH₂ECO MOBILITY, federführend koordiniert von der EurA Innovationsberatung, im TH₂ECO-Projekt vom Bundesverkehrsministerium zum HyPerformer 2023 ernannt. Um die Entwicklung eines H₂-Mobilitätshubs im GVZ zu realisieren, werden in diesem Rahmen bis zu 15 Mio. Euro Fördergelder des Bundes bereitgestellt.

Im Bereich der Industrie wird mit einem abgestimmten H₂-Produkt ein CO₂-freier Energieträger geschaffen, welcher auch stofflich genutzt werden kann. Für die zentralen Wärmeanwendungen bei den Stadtwerken Erfurt wird ein CO₂-freies Wärmeprodukt im Markt ermöglicht.

Versorgungssicherheit erhöht sich
Mit TH₂ECO wird ein H₂-Ökosystem geschaffen, welches die Potentiale der günstigen erneuerbaren Energien aus Wind- und PV-Anlagen nutzt und die Fluktuation der Energiequellen durch die Puffer- und Speichermöglichkeiten der H₂-Leitung einbindet. So können die konstanten Nachfragen der Industrie, tagesschwankende Nachfragen der Mobilität und die jahreszeitlich schwankenden Nachfragen im Bereich der Wärme mit der erneuerbaren Energie aus regionalen Quellen zusammengebracht werden.

Im Heizkraftwerk der Stadtwerke Erfurt soll Wasserstoff zur Erzeugung von Fernwärme genutzt werden. Etwa 40 Prozent der Einwohner Erfurts können anteilig und unmittelbar davon profitieren. Darüber hinaus sollen durch H₂-Beimischung in das bestehende Erdgasnetz Haushalte in Inselnetzen mit grünem Wasserstoff versorgt werden.

Mittelfristig soll einer der größten Wirtschaftsstandorte Thüringens, das Industriegebiet am Erfurter Kreuz, sowie der Schienenverkehr eingebunden werden. Die geplante Anbindung an das deutsche und europäische H₂-Backbone-Netz (EHB, European Hydrogen Backbone) ab 2030 unterstützt die langfristige unternehmerische Perspektive über die Grenzen Thüringens und Deutschlands hinaus. So werden der Standort Deutschland und insbesondere Thüringen durch das TH₂ECO Projekt gestärkt.

Projektentwicklung von Elektrolyseanlagen
Wie sieht beispielhaft die Vorgehensweise in der Projektentwicklung von Elektrolyseuren aus?
Fromm: Bei der Umsetzung der Elektrolyseanlage von Green Wind wurde die Gemeinde vor Ort frühzeitig durch eine Vorstellung beim Bürgermeister, im Bauausschuss und in Gemeindevertretersitzungen aktiv eingebunden. Wie bei der Windenergie in Thüringen sind wir überzeugt, dass eine faire Einbindung der Gemeinde in die Projekte notwendig ist. Zusätzlich sind Absprachen mit relevanten Stakeholdern, wie den regionalen Wasserversorgern, aufgenommen worden, um eine umweltverträgliche Wasserversorgung zu gewährleisten.

Welche Vorteile entstehen am Standort der Elektrolyse?
Unser Ansatz ist es, die komplette Einspeiseenergie der Elektrolyseanlage zu nutzen. Daher ist neben der Erzeugung von grünem Wasserstoff die Auskopplung von Nahwärme vor Ort bei der Elektrolyseanlage vorgesehen. Ein hilfreiches Potential, da beim Betrieb kostengünstige Abwärme entsteht, die – lokal genutzt – ein hilfreicher Baustein bei der kommunalen Wärmewende ist, beispielsweise innerhalb eines kalten Wärmenetzes.

Gibt es über das Thema der Abwärme hinaus weitere Vorteile vor Ort?
Ja, definitiv: Wir sehen vor, dass am Standort der Elektrolyse eine Besuchsmöglichkeit und somit ein Ort der Wissenserweiterung und des Lernens entsteht. Durch die Präsenz vor Ort möchten wir ein erlebbares Praxisbeispiel entwickeln, das den so wichtigen Themen Energiewende und Sektorenkopplung die verdiente Sichtbarkeit verschafft.