Pumpen im Bereich Wasserstoff (H₂)

Die Farben des Wasserstoffs

Wasserstoff als Element ist farblos. Doch je nach Ursprung werden dem H₂ trotzdem unterschiedliche Farben zugewiesen. Ein Überblick über die wichtigsten Farben:

• Grüner Wasserstoff wird aus erneuerbaren Energien hergestellt, insbesondere durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie.
• Grauer Wasserstoff wird durch die Reformierung von fossilen Brennstoffen, insbesondere Erdgas, hergestellt. Bei diesem Prozess entsteht CO₂ als Nebenprodukt.
• Blauer Wasserstoff ist im Wesentlichen grauer Wasserstoff, bei dem CO₂-Emissionen durch die Anwendung von CCS-Technologien erfasst und reduziert werden (CCS = Carbon Capture and Storage, also die Abscheidung und Speicherung von CO₂).
• Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der durch die thermische Spaltung von Methan hergestellt wurde (Methanpyrolyse).

Neben diesen Farben gibt es weitere, die seltener verwendet werden. Als pinker oder gelber Wasserstoff wird beispielsweise Wasserstoff bezeichnet, der ebenfalls durch Elektrolyse gewonnen wird – allerdings stammt der benötigte Strom in diesem Fall aus Kernenergie. Dabei entsteht zwar kein CO₂, dafür aber radioaktiver Abfall.

Regenerative Energien: Der Schlüssel für grünen Wasserstoff

Grüne Stromerzeugung ist ein unverzichtbares Fundament der nachhaltigen Wirtschaft der Zukunft. „Grün“ bedeutet dabei: Energie wird aus erneuerbaren Quellen erzeugt, also ohne fossile Rohstoffe und (nahezu) ohne Emission von Kohlendioxid. Zu den grünen Energiequellen zählen maßgeblich Wind und Sonne. Es gibt aber weitere Möglichkeiten der nachhaltigen Energieerzeugung: etwa mit Wasserkraftwerken oder durch die Biogasproduktion auf Basis biogener Reststoffe.

In der Erzeugung von Windenergie spielen Pumpen eine wichtige Rolle, insbesondere im Zusammenhang mit einer speziellen Art der Energiespeicherung, den Pumpspeicherkraftwerken oder Pumpspeicheranlagen. Obwohl sie nicht direkt in Windturbinen eingesetzt werden, sind diese Pumpen ein integraler Bestandteil des Gesamtsystems zur Speicherung und Bereitstellung von Windenergie. In Zeiten, in denen die Stromnachfrage gering ist und die Windturbinen mehr Energie erzeugen, als benötigt wird, wird die überschüssige Energie verwendet, um Wasser von einem tiefergelegenen Reservoir in ein oberhalb gelegenes Reservoir zu pumpen. Dieser Vorgang erfordert Pumpen. Wenn die Stromnachfrage steigt und die Windturbinen nicht genug Energie erzeugen, kann die gespeicherte Energie aus dem oberen Reservoir freigesetzt werden.

Auch bei Solarenergie kommen Pumpen zum Einsatz, insbesondere im Zusammenhang mit solarthermischen Kraftwerken und Solarwärmesystemen. In solarthermischen Kraftwerken, die Sonnenkollektoren oder Solarspiegel nutzen, um Sonnenstrahlung zu sammeln und in Wärme umzuwandeln, werden Pumpen etwa für den Flüssigkeitskreislauf und zur Kühlung benötigt. Auch für Solarwärmesysteme, für die Kühlung von Photovoltaikzellen und für Solaranlagen mit Wärmetauschern sind Pumpen unverzichtbar.

Dass Wasserkraftwerke nicht ohne Pumpen funktionieren, versteht sich fast von selbst. Pumpspeicherkraftwerke benötigen Pumpen im Pumpbetrieb: In Zeiten, in denen die Stromnachfrage gering ist und überschüssige elektrische Energie vorhanden ist, wird elektrische Energie verwendet, um Wasser aus dem unteren Reservoir in das obere Reservoir zu pumpen. Das erhöht die potenzielle Energie des Wassers und speichert die Energie für spätere Nutzung. Auch in Wasserkraftwerken, die nicht als Pumpspeicherkraftwerke fungieren, werden Pumpen für die Wasserversorgung oder -regulierung innerhalb der Anlage selbst verwendet.

Selbst in Biogasanlagen spielen Pumpen eine wichtige Rolle: etwa in der Substratförderung, denn die organischen Materialien, die zur Biogasproduktion verwendet werden, müssen zu den Fermentationstanks oder Gärbehältern befördert werden. Auch beim Rühren und Mischen in den Fermentationstanks, bei der Dosierung von Zusatzstoffen oder der Entwässerung und Abtrennung kommen Pumpen zum Einsatz.

Die hier eingesetzten Pumpen leisten bereits im Vorfeld einen Beitrag zur H₂-Produktion. Je mehr grün gewonnener Strom zur Wasserstoff-Produktion verwendet werden kann, desto grüner und umweltfreundlicher der Wasserstoff nutzbares Endprodukt.

Effiziente Pumpentechnologie für die Wasserstoff-Erzeugung

Die Erzeugung von H₂ steht im Mittelpunkt der Wasserstoffwirtschaft. Pumpen spielen in der Wasserstofferzeugung eine wichtige Rolle, da sie dazu beitragen, die verschiedenen Prozesse effizient und zuverlässig zu gestalten. Die Wasserstoffproduktion kann auf verschiedene Arten erfolgen und Pumpen werden in verschiedenen Phasen dieses Prozesses eingesetzt.

• Wasserzufuhr: In Elektrolyseuren wird Reinstwasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Pumpen werden verwendet, um Wasser zu den Elektrolysezellen zu fördern, wo es dann durch elektrische Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Pumpen, die durch Ihre Beschaffenheit wenige bis keine Ionen in das Reinstwasser absondern, sind hier von Vorteil und erhöhen die Lebensdauer des Elektrolyseurs.
• Flüssigkeitszirkulation: In der Elektrolyse wird oft eine wässrige Elektrolytlösung verwendet. Pumpen sind erforderlich, um diese Lösung effizient durch die Elektrolysezellen zirkulieren zu lassen, damit der Elektrolyseprozess kontinuierlich ablaufen kann. Die hier eingesetzten Pumpen werden daher auch oft und gemäß ihres Verwendungszwecks als Elektrolytpumpen bezeichnet.
• Wasserstoffabtrennung: Nach der Elektrolyse muss der erzeugte Wasserstoff von Sauerstoff und anderen Gasen getrennt werden. Hierbei können auch Pumpen zum Einsatz kommen, um die Gase zu separieren und den reinen Wasserstoff abzuführen. Doch je nach Anlagenkonzept kann dieses jedoch auch ohne den Einsatz von weiteren Pumpen in einem Abscheidebehälter erfolgen, um den Wasserstoff von dem Wasser/Lauge zu trennen.
• Wasserstoffverdichtung: Der erzeugte Wasserstoff hat oft niedrige Drücke und muss verdichtet werden, um effizient gespeichert oder transportiert zu werden. So genannte Kompressionspumpen (Verdichter) werden verwendet, um den Wasserstoff unter Hochdruck zu komprimieren und damit zu verflüssigen, um ihn anschließend weiterfördern zu können.
• Wasserstofflagerung: Bei der Lagerung von Wasserstoff in Tanks oder als Metallhydridspeicher werden Pumpen zur Befüllung und Entleerung der Speicher verwendet.
• Wasserstofftransport: Für den Transport von Wasserstoff in Rohrleitungen oder Tankfahrzeugen sind ebenfalls Pumpen erforderlich, um den Wasserstoff durch die Leitungen oder in die Tankfahrzeuge zu fördern. Zum Zwecke des besseren Transports kann hier vorübergehend ein anderes Trägermedium wie Ammoniak oder Ethanol mit eingebracht werden.

Die Auswahl der geeigneten Pumpen hängt von verschiedenen Faktoren ab: etwa dem Wasserstoffproduktionsprozess, den benötigten Druck- und Durchflussraten oder den Sicherheitsanforderungen. Effiziente Pumpen sind entscheidend, um die Wasserstoffproduktion wirtschaftlich und nachhaltig zu gestalten, insbesondere wenn Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, da die Effizienz in diesem Fall eine wichtige Rolle spielt.

Wasserstoff-Speicherung für die flexible Nutzung des Energieträgers

Einer der großen Vorzüge von Wasserstoff als Energieträger ist, dass H₂ relativ einfach gespeichert werden kann – anders als elektrische Energie, für die oft nur teure und ressourcenintensive Batteriespeicher infrage kommen. In der Wasserstoff-Speicherung spielen Pumpen eine wichtige Rolle, besonders bei der Speicherung von komprimiertem H₂. Folgende Funktionen übernehmen Pumpen in der Wasserstoff-Speicherung:

• Wasserstoffkompression: Wasserstoff wird am effizientesten in komprimierter Form gespeichert, um seine Lager- und Transporteffizienz zu erhöhen. Kompressionspumpen werden verwendet, um den Wasserstoff von niedrigeren Drücken auf höhere Drücke zu verdichten, bevor er in Tanks oder Pipelines gelagert oder transportiert wird. Die Pumpen spielen also eine entscheidende Rolle bei effizienten Volumenreduzierung des Wasserstoffs.
• Betankung: Bei der Wasserstoffbetankung von Fahrzeugen oder stationären Wasserstofftanks werden Pumpen verwendet, um den komprimierten H₂ aus der Speicherinfrastruktur in die Tanks zu befördern. Diese Pumpen ermöglichen es den Fahrzeugen oder Anlagen, Wasserstoff schnell und sicher zu tanken.
• Wasserstofftransport: Wenn Wasserstoff über Pipelines oder Tanklastwagen transportiert wird, sind Pumpen notwendig, um H₂ durch die Leitungen oder in die Fahrzeuge zu fördern oder aber über weite Strecken effizient und sicher zu transportieren.
• Wasserstoffbündelung: Wasserstoff kann dezentral durch Elektrolyse erzeugt und dann in Wasserstofftanks gelagert und verteilt werden. Pumpen kommen zum Einsatz, um so erzeugten Wasserstoff in die Tanks zu fördern und bei Bedarf abzusaugen.

Wie bei der Erzeugung von H₂ sind effiziente Pumpen auch bei der Wasserstoffspeicherung entscheidend, um die Prozesse wirtschaftlich und praktikabel zu gestalten. Die Entwicklung von leistungsfähigen Pumpen für diese Zwecke und die kontinuierliche Verbesserung von Pumpentechnologien sind wichtige Aspekte bei der Förderung der Wasserstoffwirtschaft und der Integration von Wasserstoff in die nachhaltige Energiewirtschaft.

Wasserstoff-Verteilung: Grüne Energie für alle Verbraucher

Für eine erfolgreiche, leistungsfähige Wasserstoffwirtschaft ist nicht nur die Erzeugung, sondern auch die Infrastruktur zur Verteilung entscheidend. Pumpen spielen dabei eine tragende Rolle, da sie dazu beitragen, H₂ effizient von der Produktionsstätte zu den Verbrauchern zu transportieren. Die Verteilung von Wasserstoff ist ein entscheidender Aspekt der Wasserstoffwirtschaft, da H₂ (anders als Erdgas) in der Regel nicht in Pipelines verteilt werden kann.

Im Einzelnen werden Pumpen in der Wasserstoff-Wirtschaft der Zukunft unter anderem folgende Funktionen übernehmen:

• Betankung von Wasserstofffahrzeugen: In Wasserstofftankstellen werden Pumpen verwendet, um den komprimierten H₂ aus der Speicherinfrastruktur in die Tanks von Wasserstofffahrzeugen zu fördern. Diese Pumpen ermöglichen es den Fahrzeugen, Wasserstoff schnell und sicher zu tanken.
• Wasserstoffverteilung per Lkw: Wasserstoff kann per Tanklastwagen oder Container transportiert werden, um ihn zu Wasserstofftankstellen oder industriellen Verbrauchsstellen zu bringen. Pumpen in diesen Fahrzeugen ermöglichen es, den Wasserstoff aus den Tanks abzusaugen und in die Lagertanks an den Verbrauchsstellen zu pumpen.
• Wasserstoff-Pipelines: Auch wenn sie bislang noch wenig verbreitet sind, wird es künftig auch Pipelines für den Transport von H₂ geben, etwa für den Transport zu industriellen Anlagen oder anderen Großverbrauchern. Pumpen können in diesen Pipelines verwendet werden, um den Wasserstoff durch das Rohrleitungssystem zu fördern.
• Wasserstofflagerung und -verteilung in Anlagen: In industriellen Anlagen, die Wasserstoff verwenden, werden Pumpen verwendet, um den Wasserstoff aus den Lagertanks in die Produktionsanlagen zu fördern. Das ermöglicht eine effiziente Nutzung von Wasserstoff in verschiedenen industriellen Prozessen.

Die passende Pumpe für Ihre Wasserstoff-Anwendung

Der Einsatz von effizienten und zuverlässigen Industriepumpen in allen Bereichen der Wasserstoff-Wertschöpfungskette ist wichtig, um einen stabilen und effektiven Herstellungsprozess zu gewährleisten, die sichere Speicherung und eine zuverlässige Verteilung zu ermöglichen. Effiziente Pumpen bieten hohe Betriebssicherheit und weitere Vorteile, wie geringen Verschleiß und einfache Wartungsmöglichkeiten, sowie einen geringen Stromverbrauch und damit zusätzliche Vorteile für Umwelt und Ressourcen.

Die Auswahl der richtigen Pumpe erfüllt also nicht nur die grundlegenden Anwendungsanforderungen, sondern kann Betreibern noch zahlreiche weitere Benefits während ihrer Nutzung bieten, die sich nicht zuletzt auch in deutlich günstigeren Betriebs- und Produktionskosten niederschlagen.

Die zahlreichen Mitgliedsunternehmen der Star Pump Alliance bieten ein großes Portfolio an Industriepumpen verschiedenster Art, die auch in allen Bereichen der Wasserstoffwirtschaft zum Einsatz kommen. Fragen Sie einfach unverbindlich für Ihre Anwendung an. Die Pumpenexperten der Star Pump Alliance werden gerne die passende Pumpe samt herstellendem Mitgliedsunternehmen für Sie selektieren. Nach erfolgter Detailprüfung erhalten Sie ein attraktives Angebot.

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