Innovative und umweltfreundliche Wasserstoffanwendungen im Seehafen Emden - Ergebnisse der Potenzialanalyse
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Ergebnisse der Potenzialanalyse
Innovative und umweltfreundliche
Wasserstoffanwendungen
im Seehafen Emden
Gefördert durch:
Herausgeber: Projektkonsortium des Projektes WASh2Emden Autoren: Sören Berg, MARIKO GmbH Marcel Frerichs, abh INGENIEUR-TECHNIK GmbH Manuel Gigli, Tyczka GmbH Dr. Andreas Hänel, DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg Dr. Matthäus Wuczkowski, Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG Im Rahmen des Projektes: Gefördert durch: Kontakt: Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG MARIKO GmbH Dr. Matthäus Wuczkowski Sören Berg Tel.: +49 (0) 441 35020 - 613 Tel.: +49 (0) 491 926 - 1147 E-Mail: mwuczkowski@nports.de E-Mail: soeren.berg@mariko-leer.de Hindenburgstraße 26 - 30 Bergmannstraße 36 26122 Oldenburg 26789 Leer www.nports.de www.mariko-leer.de Emden, Leer 2020
Vorwort
mit vorhandenem Überschusswindstrom
erzeugt wird. Für Kurzstreckenverkehre und
für Anwendungen im Hafen ist er ein idealer
Energieträger.
Das Projekt WASh2Emden befasst sich genau
mit dieser Herausforderung. Es werden
Lösungen erarbeitet, grünen Wasserstoff
in Häfen umweltfreundlich zu nutzen. Dies
geschieht exemplarisch im Seehafen Emden.
Hierbei gelingt es, eine Versorgungskette
abzubilden, die es bislang in keinem deut-
schen Seehafen gibt. Sie reicht von der
Erzeugung aus Windkraft über die Speiche-
rung der Energie bis zur Abnahme durch die
Nutzer.
Die vermehrte Produktion von Wasserstoff
an der Küste ist eine Chance für unsere
Region, bietet aber auch Potenziale bei einer
© Tobias Bruns
Einspeisung in das Ferngasnetz. So gebührt
TIM KRUITHOFF, allen beteiligten Institutionen und Unterneh-
OBERBÜRGERMEISTER STADT EMDEN
men Dank für den Einsatz und die konstruk-
Nachhaltige Energieerzeugung, Ressourcen- tive und vertrauensvolle Mitarbeit an diesem
effizienz und CO2-Minimierung sind schon Projekt.
lange keine Themen mehr, mit denen sich Ich bin davon überzeugt, dass Wasserstoff
nur Wissenschaftler oder Spezialisten ausei- als zukunftsweisender Energieträger in der
nandersetzen. maritimen Wirtschaft weiter zu entwickeln
Diese Herausforderungen sind Bestandteil ist und hier in Emden ein wichtiger Beitrag
unseres täglichen Lebens geworden und dazu geleistet wird.
zeigen an, wie notwendig es ist, hier intelli-
gente Lösungen zu finden.
Auch für umweltschonende Schiffsver-
kehre und für den nachhaltigen Betrieb von
Häfen sind innovative Konzepte gefragt. Ein
wichtiger Baustein dazu ist Wasserstoff, der
1
Einführung
In den vergangenen 18 Monaten wurden die wende. Allerdings ist Wasserstoff nicht als
Möglichkeiten untersucht, in Emden Was- Allheilmittel zu sehen, sondern als eine wich-
serstoff aus regenerativer Energie zu erzeu- tige Ergänzung unterschiedlicher Energieträ-
gen und Nutzern im Hafen zur Verfügung ger sowie Grundstoff für CO2-arme syntheti-
zu stellen. Basis dafür ist eine umfassende sche Kraftstoffe.
Umfrage bei den Unternehmen im Emder
Die wesentlichen Herausforderungen sind
Hafen zum Energiebedarf sämtlicher Geräte,
nun die Kosten durch Skaleneffekte weiter zu
Anlagen und Fahrzeuge.
senken und die richtigen politischen Hebel
Die Projektergebnisse zeigen: technisch ist zu betätigen, damit grüner Wasserstoff im
eine Wasserstoffwirtschaft gut und meist Vergleich zu fossilen Energieträgern auch
problemlos umsetzbar. Die Technologie ist wirklich wettbewerbsfähig wird.
weitestgehend erforscht. Viele Anwendun-
Die vorliegende Broschüre zeigt einen Ein-
gen sind bereits marktreif oder stehen kurz
blick der wichtigsten Projektergebnisse.
vor der Markteinführung. Unter den heutigen
Weitere und vertiefte Informationen sind
Rahmenbedingungen macht die Herstellung
dem Abschlussbericht zu entnehmen, der
von grünem Wasserstoff bei Einsatz von kon-
nach Projektende veröffentlicht wird.
ventionellem Netzstrom oder auch netzge-
bundenem Windstrom unter ökonomischen An dieser Stelle möchten wir uns bedan-
Gesichtspunkten nur Sinn, wenn man sich ken. Unser Dank gilt allen Wegbegleitern
durch Ausnahmeregelungen - z.B. durch sehr im Projekt aus Emden und darüber hinaus.
große Energieverbräuche - von den hohen Insbesondere den Hafenunternehmen, den
Umlagen befreien lassen kann. Für die Initi- Energieversorgern, den Windkraftanlagen-
ierung einer Wasserstoffwirtschaft müssen betreibern, der Stadt Emden und den Behör-
die Rahmenbedingungen zu Gunsten CO2-ar- den und allen, die das Projekt mit der Zurver-
mer Energieträger noch angepasst werden. fügungstellung von Datenmaterial, inhaltlich
Grüner Wasserstoff aus grünem Strom lässt und konstruktiv unterstützt haben. Unser
sich schon heute kostengünstig herstellen, besonderer Dank gilt dem Bundesministe-
wenn Windkraft- oder Photovoltaikanlagen rium für Verkehr und digitale Infrastruktur
ohne Netzanbindung und damit auch ohne sowie dem Projektträger TÜV Rheinland, die
Förderung des Erneuerbare-Energien-Ge- das Vorhaben finanziell unterstützt haben.
setzes (EEG) im Betrieb sind und der Strom Wir wünschen Ihnen eine interessante
direkt zur Elektrolyse eingesetzt wird. Lektüre und freuen uns über Ihr Feedback!
Ökologisch gesehen ist Wasserstoff für viele
Anwendungen sinnvoll, um CO2-Emissionen
zu reduzieren. Damit ist der Einsatz von Was- Das WASh2Emden-Projektkonsortium
serstoff ein wichtiger Baustein der Energie-
2
Steckbrief: Seehafen Emden
Der Seehafen Emden ist der westlichste deut- anlaufen. Der tidefreie Binnenhafen ist über
sche Nordseehafen. Er liegt am Nordufer der zwei Schleusen erreichbar.
Ems und besteht aus dem Binnenhafen, dem
Ein großer Vorteil des Hafens sind seine
Außenhafen und den Hafenerweiterungen
enormen Flächenreserven. So stehen im
im Bereich vor dem Larrelter Polder.
Bereich der tidefreien Hafenanlagen und auf
Emden ist ein leistungsstarker Universalha- dem Wybelsumer Polder attraktive Ansied-
fen, der insbesondere im Roll-on/Roll-off- lungsflächen zur Verfügung.
Umschlag eine führende Position in Europa
Nicht nur die Nähe zu Windkraftanlagen,
einnimmt. Neben neuen Kraftfahrzeugen
die teilweise mehr Strom erzeugen, als in
sind Forstprodukte, Flüssiggüter und Wind-
der Region verbraucht werden, sprechen
kraftanlagen von großer Bedeutung. Außer-
für den Emder Hafen als Wasserstoffstand-
dem werden von Emden aus die ganzjährig
ort. Als Universalhafen und größter Hafen-
verkehrenden Schiffslinien für Passagiere
standort von Niedersachsen Ports verfügt er
und Fracht zur Nordseeinsel Borkum betrie-
über eine vielseitige Umschlagsstruktur und
ben.
erlaubt es unterschiedliche Anwendungsfel-
Tideabhängig können Schiffe mit einem Tief- der für Wasserstoff zu testen.
gang von bis zu 10,70 m den Emder Hafen
© Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG
Deiche vermarktbare Flächen
Hochwasserschutzeinrichtung
Lagerhallen
Kompensationsflächen
Lagerflächen Alter Lie
gehafen
Gebäude Hafengleise
Neu
er Li
egeh
1. Hafenbecken
afen
KFZ-Aufstellfläche (Niedersachsen Ports)
Fahrwasser Hafengleise (andere)
er
ass
rw
Liegeplätze Straßen (optional)
r Fah
de
al
an
Em
Schwerlastkaje Stadtgrenze
hk
Stic
2. Hafenbecken
Schleuse Hafengrenze nfe
Ha
er
m
Krane, Hebeanlagen,
rßu
Bo
Verladebrücken, Mobilkrane Industriehafen
zukünftig vermarktbare Flächen
3. Hafenbecken
(Fremdeigentum) Ölh
a fen
Borkumkai
Binnenschiffsbecken
fen
ha
en
ß
Neuer Binnenhafen
Au
Nordkai
se
G sch
lau Jarßumer Hafen
See
ße
Gro
fen
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2
Südkai
Vo
Großschiffsliegeplatz
GSLP geplant Emskai
Emspier
Hintergrund
Problemstellung Lösung
In Norddeutschland fällt eine große Menge Der zur Verfügung stehende Überschuss-
an regenerativem Überschussstrom an, der windstrom wird genutzt, um ihn mittels Elek-
aufgrund von Netzengpässen nicht genutzt trolyse in Wasserstoff (H2) umzuwandeln, so
wird. Windkraftanlagen werden in ihrer Leis- speicherbar und transportierbar zu machen
tung reduziert oder abgeschaltet, da der und unterschiedlichen Anwendungen im
Strom nicht abgenommen werden kann. Hafenumfeld zuzuführen, z.B. Anwendungen
für Anlagen, die Wasserstoff direkt nutzen
Häfen verursachen eine große Menge an
oder solchen, die den rückverstromten
CO2-Emissionen und Luftschadstoffen, die
Strom nutzen.
durch eine stärkere Nutzung regenerativer
Energien reduziert werden können.
Steckbrief: WASh2Emden
Ziele
Emissionsreduktion beim landseitigen Hafenbetrieb und
in der Logistik sowie bei den im Hafen liegenden Schiffen
Aufzeigen der technisch sinnvollsten und wirtschaflichsten
Wasserstoffversorgungskette im Emder Hafen
Zeitraum
Dezember 2018 bis Mai 2020
Projektpartner:
Kooperationspartner:
Projektfokus
• Bereitstellungsoptionen von „grünem“ Wasserstoff
• Wasserstoffinfrastruktur und -speicherung
• Potenzielle Wasserstoffverwertung
• Rahmenaspekte für den Wasserstoffeinsatz
© Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG
Untersuchungsfelder der Potenzial- 6
studie im Seehafen Emden
© Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG 7
© Tyczka GmbH
BEREITSTELLUNGSOPTIONEN
VON „GRÜNEM“ WASSERSTOFF
FÜR DEN SEEHAFEN EMDEN
Im Rahmen des WASh2Emden Projektes Zur Analyse der Nutzungsmöglichkeiten
wurden verschiedene Szenarien betrachtet, eines Power-to-Hydrogen-Systems im Emder
die sich jeweils mit verschiedenen Integra- Hafen wurde im eigenständig aufgebauten
tionsmöglichkeiten eines Power-to-Hydro- Berechnungstool ein Modell erstellt, welches
gen-Systems beschäftigen. Zum einen wurde auf Grundlage der benötigten Wasserstoff-
der Betrieb einer Power-to-Hydrogen-Anlage menge den Betrieb einer Elektrolyse simu-
durch den Strombezug aus dem Stromnetz liert. Die eruierten Wasserstoffgestehungs-
(Strommix mit sehr hohem Anteil regenera- kosten dienten dabei als Vergleichswert für
tiver Energie) des Emder Hafens analysiert die verschiedenen Szenarien der Wasser-
und zum anderen die Stromzufuhr aus Wind- stoffproduktion.
kraftanlagen. Dies ermöglichte einen weitrei-
Der direkte Vergleich der Produktionsmög-
chenden Vergleich mehrerer Stromquellen
lichkeiten aus ökonomischer Sicht zeigt, dass
für die örtliche Erzeugung von Wasserstoff
bei einer direkten Windstromnutzung im
im Emder Hafen. Darüber hinaus wurde der
Vergleich zur Netzstromnutzung inklusive
mögliche Wasserstoffimport analysiert.
aller gesetzlichen Zulagen bis zu 50 % der
Die Grundidee des Konzeptes Power-to-Hy- Kosten eingespart werden können. Ebenfalls
drogen ist die Umwandlung elektrischer lässt sich feststellen, dass eine Degression
Energie in einen chemischen Energieträger der Kosten durch die Nutzung eines größe-
in Form von Wasserstoff. Dabei wird Was- ren Elektrolyseurs und einer damit einherge-
serstoff hergestellt, um diesen beispiels- henden Erhöhung des Produktionsvolumens
weise zeitversetzt oder direkt verschiedenen stattfinden kann.
Nutzungssektoren zuführen zu können. Die
Das nebenstehende Diagramm (Abb.1)
Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom
fasst diese Ergebnisse zusammen und gibt
ist die meistdiskutierte Option zur Erzeugung
darüber hinaus Aufschluss über die Auswir-
von „grünem“ Wasserstoff.
kung der eingesetzten Elektrolyseurgrößen.
8Abb.1: Wasserstoffgestehungskosten und -mengen verschiedener Elektrolyseure
Der Import von grünem Wasserstoff ist dagegen könnte zu einem Preis von 2 bis
bereits bei Preisen zwischen 4 und 6 €/kg 4 €/kg von der arabischen Halbinsel oder
möglich, wobei hier insbesondere Marokko Russland importiert werden. Hier ist der
durch gute Solar- und Windverhältnisse Transport des Wasserstoffs ein wesentlicher
großes Potenzial hat. Blauer Wasserstoff Kostentreiber.
Abb.2: Import von Wasserstoff 2030
9Für das Projekt wurden verschiedene Mög- aufgrund der derzeitigen gesetzlichen Rah-
lichkeiten der Verteilung von Wasserstoff im menbedingungen, Steuern, Abgaben und
Seehafen Emden analysiert. Für die Versor- Umlagen, zu den in der Studie ermittelten
gung der verschiedenen Wasserstoffanwen- Kraftstoffkosten. Diese würden gemäß der
der wie Terminalbetriebe, Schiffe und Fahr- Auswertung der durchgeführten Umfrage
zeuge gibt es verschiedene Möglichkeiten, bei den im Hafen ansässigen Unternehmen
die jeweils ihre Vor- und Nachteile bieten. nicht akzeptiert werden. Aufgrund der mög-
lichen Abnehmerstruktur im Emder Hafen
Eine davon ist die direkte Erzeugung von
bietet sich die Versorgung mit Druckwasser-
Wasserstoff am Terminal, wodurch jeglicher
stoff an, wobei das Druckniveau in den Spei-
Transport von Wasserstoff für die am Termi-
cherbehältern mit zunehmendem Bedarf an
nal stattfindenden Wasserstoffanwendun-
Wasserstoff steigen wird.
gen auf ein Minimum reduziert wird, jedoch
ein größerer Platzbedarf aufgrund der Eine andere Möglichkeit der Distribution
Onsite-Wasserstoffproduktion bestehen wäre eine Versorgung per LKW von einer
würde. Die Onsite-Produktion bedarf eines außerhalb gelegenen Erzeugung, was Lager-
umfangreichen Genehmigungsverfahrens. und Transportkosten mit sich brächte. Eine
Anfragen bei den entsprechenden Ämtern mobile Landstromversorgung zur flexiblen
mündeten in der Aussage, dass die Errich- und terminalunabhängigen Stromversor-
tung einer Windkraftanlage im Hafen nicht gung von Schiffen wurde ebenfalls betrach-
genehmigungsfähig ist. Die Netznutzung tet (siehe Abb. 3).
zur Wasserstoffproduktion im Hafen führt
Abb. 3: Möglichkeiten der Wasserstoffdistribution
• Ermöglichung einer autarken Versorgung des
Terminals durch Onsite-Elektrolyse
• Errichtung einer Windkraftanlage im Einzelfall
prüfen
• Erzeugung des Wasserstoffs außerhalb des
Hafens durch Nutzung bestehender Windkraft-
anlagen, wobei Transportkosten den Wasser-
stoffpreis erhöhen
• Besonders interessant sind WKA ohne EEG-Um-
lage für die Direktvermarktung des Stromes zur
Wasserstofferzeugung
• Optimierung der externen Wasserstoffversor-
gung durch Abtrennung der Landstromversor-
gung vom Terminal
• Eine flexiblere mobile Landstromversorgungs-
einheit für in verschiedenen Hafenbereichen
tätige Schiffe sowie keine Netzanpassungen für
Ladesysteme
Strom Wasserstoff
Windkraftanlage Blockheizkraftwerk Wasserstoffspeicher Gebäude Ladestation
Mobile Landstrom-
Elektrolyseur Schiff Wasserstofftankstelle Wasserstofftransporter versorgungseinheit
10WASSERSTOFFINFRASTRUKTUR UND
-SPEICHERUNG IM SEEHAFEN EMDEN
Im Hinblick auf die unterschiedlichen Ver- einen hohen Energieaufwand mit sich. Die
teilungskonzepte wurden verschiedene Dehydrierung ist eine endotherme Reak-
Speichermöglichkeiten des Wasserstoffs tion, die bei ca. 300 °C abläuft und mit einem
betrachtet (siehe Tab. 1). Die Speicherung Energieaufwand von ca. 12 kWh/kg Was-
von flüssigem Wasserstoff ist hinsichtlich serstoff verbunden ist. Diese Energie kann
der hohen Energiedichte die attraktivste durch thermische Verwertung eines Teils des
Form der Speicherung, jedoch aufgrund der gespeicherten Wasserstoffs bereitgestellt
projektbedingten Größenordnungen wenig werden, entsprechend ca. 1/3 der dehydrier-
sinnvoll, da Verflüssigungsanlagen nur in ten Wasserstoffmasse. Bei Vorhandensein
bestimmten Größenordnungen wirtschaft- einer Hochtemperaturwärmequelle kann
lich sind. Für die Verflüssigung von Wasser- ggf. die erforderliche Wärmemenge ausge-
stoff wird verflüssigter Stickstoff zur Vorküh- koppelt und zur Reduzierung des Wasser-
lung des gasförmigen Wasserstoffs benötigt. stoffeinsatzes genutzt werden. Als weitere
Existiert eine Stickstoffquelle, ist der Betrieb Alternative kann für den Dehydrierungs-
einer Wasserstoffverflüssigungsanlage, nach prozess eine elektrische Heizung eingesetzt
Angaben von Linde Kryotechnik AG, wirt- werden.
schaftlich ab einem Bedarf von 5 t/d möglich,
Eine Speicherung in Druckbehältern ist
ohne Stickstoffquelle ab ca. 15 t/d.
gerade bei kleineren Anwendungen und
Die Speicherung von Wasserstoff in LOHC einem flexiblen Einsatz sinnvoll. Alle Spei-
(Liquid Organic Hydrogen Carriers) ist auf- chertechniken sind in containerisierten
grund der leichten Handhabung und Spei- Systemen erhältlich, die eine leichte Erwei-
cherdichte ebenfalls eine interessante terung von Speicherkapazitäten und einen
Variante, nur bringt die Entnahme des Was- standartisierten Transport ermöglichen
serstoffs aus solch einem Speichermedium (siehe Abb. 4).
Tab. 1: Bewertung unterschiedlicher Speichermedien
Volumetrische Speicherkosten Platzbedarf Energieverlust
Energiedichte
LOHC 1.899,81 kWh/m3 € □□ ∆∆∆
LH2 2.359,76 kWh/m3 €€ □ ∆∆
CH2 (500 bar) 1.479,33 kWh/m3 €€€ □□□ ∆
Abb. 4: Wasserstoffspeicherarten in verschiedenen Größen
Ein 40' Container mit Druckwasserstoff bei 500 bar in Kompositbehältern spei-
chert eine Energiemenge von ca. 34.000 kWh.
Ein 40' Container Flüssiggastank speichert mit 41.600 l LH2 Energiemenge von
ca. 98.000 kWh.
In einem Öltank, der Größe eines 40' Containers lässt sich in ca. 68 m3 LOHC
eine Energiemenge von ca. 130.000 kWh speichern.
11Zahlen, Daten und Fakten 12
des Projektes WASh2Emden
© Clara Hüsch | www.clara-huesch.de 13© Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG
POTENZIELLE WASSERSTOFFNUTZUNG
IM SEEHAFEN EMDEN UND
DARÜBER HINAUS
Durch eine umfassende Befragung der fossilen Energieträgern im Hafen und der
Hafenakteure und die Auswertung der Stadt Emden ist in folgender Tabelle gegeben.
umfangreichen Datenbank des Projekt-
Für die Ermittlung der potenziell benötig-
partners DBI konnten für den Seehafen
ten Wasserstoffmengen wurden mehrere
Emden und dessen Umgebung potentielle
Szenarien jeweils für den Hafen und die
Wasserstoffanwender und -absatzmengen
Stadt entwickelt. Aufgrund des geringen Ent-
ermittelt werden. Die Analyse stützt sich
wicklungsstandes von Wasserstoffschiffsan-
dabei auf Daten zur Anzahl, Betriebsdauer
trieben wurden Schiffe in die Entwicklung
pro Tag, Treibstoffbedarf und Alter von
der Szenarien nicht einbezogen. Weiterhin
Geräten, Anlagen und Fahrzeugen (GAF).
gilt zu bedenken, dass batteriebetriebene
Eine Übersicht zum aktuellen Bedarf an
Tab. 2: Jährlicher Bedarf an fossilen Energieträgern für den Seehafen und der Stadt Emden
(2019)
Energieträger Seehafen [GWh/a] Stadt Emden [GWh/a]
Erdgas 206 404
Marinedieselöl 63
Diesel & synthetische Kraftstoffe 116
LNG 10
300
LPG 0,4
Benzin 0,1
Summe 395,5 704
14Fahrzeuge in direkter Konkurrenz zu Was- zu industriellen, gewerblichen und kommu-
serstofffahrzeugen stehen, wobei davon nalen Betrieben ausgewertet. Dabei konnten
ausgegangen wurde, dass sich alle batte- weitere Wasserstoffabnehmer wie Züge
riebetriebenen Fahrzeuge (Flurförderfahr- und BHKWs identifiziert werden. Die fol-
zeuge) nur im Hafen befinden. Aus diesem gende Abbildung zeigt das Gesamtpotenzial
Grund betrachtet das Minimalszenario den (100 %) für Wasserstoff im Hafen und in der
Wasserstoffbedarf bei einer 30 % Umstel- Stadt und eine potenzielle Verteilung des
lung aller bis dato fossil betriebenen PKWs Wasserstoffbedarfs im Stadtgebiet.
und Flurförderfahrzeuge auf kommerzielle
verfügbare Wasserstoffbrennstoffzellenlö-
Wasserstoffanwendungen mit
sungen. Das Maximalszenario geht hingegen
durchschnittlichen Verbräuchen:
von einer Umstellung aller GAFs aus, wobei
kommerziell verfügbare GAFs mit Brennstoff- PKW: 0,8-1 kg/100km
zelle und die restlichen GAFs mit Wasserstoff- LKW: 9-10 kg/100km
verbrennungsmotor ausgestattet werden
Bus: 10-14 kg/100km
(siehe dazu auch Tabelle 3). Für den Seehafen
wurden die Wasserstoffmengen für die GAFs, Zug: 18-22,5 kg/100km
welche in der Befragung identifiziert wurden, Gabelstapler: 0,3 kg/h
ermittelt. Für die Stadt Emden wurden Daten
Abb. 5: Jährlicher Wasserstoffbedarf für das Maximalszenario
15Für das Minimalszenario, bei einer 30 % ten Berechnungstool errechnet, wobei hier
Umstellung von fossil betriebenen PKWs einzig Windstrom einbezogen wurde.
und Flurförderfahrzeugen, ergibt sich
Interessant für eine Wasserstoffumstellung
ein Wasserstoffbedarf für den Hafen von
sind somit Züge, BHKWs, Busse, Gabel-
1,5 GWh/a (0,05 kt/a) und für die Stadt
stapler, PKWs, Kleintransporter und LKWs.
Emden von 56,9 GWh/a (1,7 kt/a). Die
Besonders Züge (~300 kg/d), BHKWs (~50-
zusätzliche Umstellung von 394 batterie-
1.000 kg/d), Busse (~40 kg/d) und LKWs
betriebenen Flurförderfahrzeugen benötigt
(~30-40 kg/d) eigenen sich als Startanwen-
8,9 GWh/a (0,3 kt/a). Im Maximalszenario
dungen für die Initiierung einer Wasserstoff-
ergibt sich für die Umstellung aller fossil
wirtschaft, da diese regelmäßig mit größe-
betriebenen GAFs ein Wasserstoffbedarf im
ren Wasserstoffmengen versorgt werden
Hafen von 52,2 GWh/a (1,6 kt/a) und für die
müssen. Weiterhin eignen sich PKWs und
Stadt Emden von 311,8 GWh/a (9,4 kt/a).
Flurförderfahrzeuge, aufgrund der Anzahl,
Für die Umstellung aller batteriebetriebe-
dem Alter (im Emder Hafen: PKW Ø 4 Jahre
nen Flurförderfahrzeuge würden zusätzlich
und Flurförderfahrzeuge Ø 5,5 Jahre) und der
29,7 GWh/a (0,9 kt/a) Wasserstoff benö-
marktreifen Technologie, für eine Umstel-
tigt. Möchte man vorerst nur den Hafen mit
lung. Anschließend können weitere Geräte
diesen Wasserstoffmengen versorgen, wäre
wie Kleintransporter und Zugmaschinen auf
eine entsprechende Infrastruktur notwendig
Wasserstoffantriebe umgestellt werden.
(siehe Abb. 6). Die Wasserstoffgestehungs-
kosten wurden mit dem bereits genann-
© Niedersachsen Ports GmbH & Co. KGAbb. 6: Wasserstoffgestehungskosten und benötigte Leistungen der beiden Szenarien
Tab. 3: Wasserstoffbedarf für 30 % und 100 % Umstellung aller GAFs im Emder Hafen
30% Umstellung Vollständige Umstellung
Geräte / Anlagen / H2-Bedarf [MWh/a] H2-Bedarf [MWh/a]
Fahrzeuge
Anzahl [-] Brennstoff- H2-Verbren- Anzahl [-] Brennstoff- H2-Verbren-
zelle nungsmotor zelle nungsmotor
Flurförderfahrzeuge
394 8.921* - 1.310 29.710** -
(elektrisch)
Flurförderfahrzeuge
33 404* - 98 1.232** -
(fossil)
PKW 58 1.135* - 185 3.654** -
Zugmaschine 24 3.562 8.906 82 11.860 29.650**
LKW 20 605 1.513 66 1.903 4.759**
Transporter 25 884 2.210 88 2.829 7.073**
Reachstacker 2 91 227 9 281 702**
Minibagger 2 0,5 1 5 1 3**
Bagger 1 44 18 5 77 192**
Traktor 9 61 154 28 191 478**
Radlader 1 24 59 5 321 803**
Hubsteiger 0 - - 1 12 29**
SMTP 0 - - 1 847 2.117**
Kleinbus 23 171 427 80 602 1.504**
* Min.-Szenario
** Max.-Szenario
17© MARIKO GmbH
Der Einsatz von Wasserstoff unterliegt recht- 12,5 €/kg aus Netzstrom erzeugt werden
lichen Rahmenbedingungen im Bereich der kann. Über Ausnahmeregelungen ist es
Zulassung und Nutzung von Wasserstoff- möglich, die Netzentgelte zu reduzieren,
erzeugungsanlagen, aber auch Maßnahmen woraus sich ein optimierter Wasserstoffpreis
wie die Schulung von Mitarbeitern sind zu von 5,85 €/kg ergibt. Die Politik ist bereits
beachten. von der Industrie dazu aufgefordert worden,
an diesen Rahmenbedingungen zu arbeiten.
Gerade die Nutzung von Strom zur Erzeu-
gung von Wasserstoff birgt angesichts der Grundsätzlich ist jegliches Personal im
verschiedenen Gesetze im Energierecht Umgang mit Wasserstoff zu schulen und
einige Hürden. Elektrolyseure gelten als auf die besonderen Gefahren hinzuweisen.
Letztverbraucher von Strom und müssen Darüber hinaus sind die Besonderheiten im
damit regulär sämtliche Netzentgelte Explosionsschutz und die Besonderheiten
zahlen, sodass Wasserstoff laut berechne- der jeweiligen Wasserstoffanwendung, sei es
ter Szenarien im Projekt zu einem Preis von Elektrolyse oder Speicherung, zu vermitteln.
18RAHMENASPEKTE FÜR
DEN WASSERSTOFFEINSATZ IM
SEEHAFEN EMDEN
Für die Errichtung einer Wasserstoffversorgungskette im Emder Hafen
sind unterschiedliche Genehmigungsverfahren von der Bereitstellung bis
hin zu Distribution von Wasserstoff notwendig. Die wichtigsten Erkennt-
nisse dazu können folgendermaßen zusammengefasst werden:
Errichtung einer Windkraftanlage
Genehmigungsgrundlage für die Errichtung von Windkraftanlagen im
Hafen bzw. Hafenumfeld sind im Wesentlichen die NBauO (Niedersäch-
sische Bauordnung) und für Anlagen mit einer Höhe von > 50 m das
BImSchG.
Errichtung eines Elektrolyseurs
Elektrolyseure sowie vorgesehene Anlagenteile und Verfahrensschritte
sind nach der 4. BImSchV grundsätzlich genehmigungspflichtig. Das
Genehmigungsverfahren wird nach dem BImSchG durchgeführt.
Speicherung von Wasserstoff
Ab einer Lagerkapazität von 30 t bedarf es eines Genehmigungsverfah-
rens nach BImSchG mit Öffentlichkeitsbeteiligung; bei geringerer Lager-
kapazität ist ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren nach BImSchG
durchzuführen.
Errichtung einer Tankstelle
Für die Errichtung kleiner Wasserstofftankstellen mit einer Lagerkapazität
< 3 t bedarf es einer Zulassung nach der Betriebssicherheitsverordnung
(BetrSichV) in Verbindung mit einer Baugenehmigung; Größere Wasser-
stofftankstellen bedürfen einer Genehmigung gemäß BImSchG.
Hafenbestimmungen
Aus der niedersächsischen Hafenordnung (NHafenO) ergeben sich für die
derzeit avisierte Ausgestaltung der Wasserstoffversorgungskette keine
Besonderheiten. Für die einzelnen Komponenten der Bereitstellung, Dis-
tribution und Anwendung des Wasserstoffes ist aber das niedersächsi-
sche Hafensicherheitsgesetz (NHafenSG) von Relevanz. Die darin enthal-
tenen Vorgaben zur Risikobewertung, Ausführung und Umsetzung von
Sicherheitsbestimmungen sowie Erstellung eines Gefahrenabwehrplanes
sollten im Hinblick auf die Wasserstoffversorgungskette frühzeitig mit der
zuständigen Behörde, dem für Häfen zuständigen Ministerium (Fachminis-
terium), abgestimmt werden.
19CO2-MINDERUNG DURCH
WASSERSTOFFEINSATZ
Die derzeitigen CO2-Emissionen im Emder im Eigentum im Hafen ansässiger Unterneh-
Hafen ergeben sich aus den eingesetzten men befinden.
Geräten, Anlagen und Fahrzeugen (GAF),
Die möglichen CO2-Emissionsreduktions-
dem Stromverbrauch in Gebäuden und
potenziale aus den verschiedenen Szenarien
Prozessen sowie dem Erdgasverbrauch zur
sind im Diagramm zu sehen, wo jeweils die
Wärmeerzeugung:
möglichen Reduzierungen und entsprechen-
Tab. 4: CO2-Emissionen im Emder Hafen den Wasserstoffmengen beim Minimal- und
Maximalszenario dargestellt sind. Das Mini-
Alle Fahrzeuge (fossile Kraft- 54.102 t CO2 malszenario ist aufgrund der marktreifen
stoffe und stromgebunden)
Technologien derzeit das realistischste,
Stromnutzung (2019) 44.412 t CO2
erreicht jedoch relativ geringe CO2-Ein-
Wärmeerzeugung (2019) 42.057 t CO2 sparungen. Das Maximalszenario erzielt
dagegen deutlich höhere Einsparungen, ist
Gesamt 140.571 t CO2 insbesondere aufgrund der derzeit nicht am
Markt verfügbaren wasserstoffbetriebenen
Zu allen Fahrzeugen zählen auch Schiffe und Nutzfahrzeuge jedoch nicht zeitnah umzu-
LKW, die im Hafen stationiert sind und sich setzen.
Abb. 7: Emissionsreduzierung vs Wasserstoffbedarf
20© Niedersachsen Ports GmbH & Co. KG
Aus der Abbildung 8 zu weiteren CO2-Reduk- der erneuerbaren Energien voranzutreiben.
tionspotenzialen lässt sich ableiten, welche Dieser Punkt ist das Fundament der darge-
weiteren Schritte kurz-, mittel- und langfris- stellten Pyramide, da ohne den weiteren und
tig notwendig sind, um die CO2-Neutralität im massiven Ausbau erneuerbarer Energien wie
Emder Hafen zu erreichen. Hier spielen viele Photovoltaik und Windenergie weitere Sek-
externe Faktoren wie die weitere Forschung toren wie der Verkehr und die Wärme auch
und Entwicklung für neue wasserstoffbetrie- im Emder Hafen nicht CO2-neutral werden
bene Fahrzeuge, aber auch politische Rah- können.
menbedingungen eine Rolle, um den Ausbau
Abb. 8: CO2-Reduktionspotentiale und Maßnahmen zur Erreichung der CO2-Neutralität
21Technologieoptionen
Welche Komponenten einer Wasserstoffversorgungskette
Marktreif und Marktreif und
kurzfristig gut mittelfristig
darstellbar darstellbar
22für den Emder Hafen
sind kurz- und mittelfristig im Emder Hafen darstellbar?
< 5 Jahre
5 - 10 Jahre
abhängig von der
Leistung
< 5 Jahre
5 - 10 Jahre
< 5 Jahre
< 5 Jahre
5 - 15 Jahre
< 5 Jahre
0 - 10 Jahre
abhängig von der
Leistung
> 10 Jahre
In Entwicklung Aufgrund der Rahmenbedin-
und / oder lang- gungen / der Mengen aktuell
fristig darstellbar nicht darstellbar für Emden
23Beispielhafte Wasserstoffkette
Was kann eine 500 kW Windkraftanlage versorgen?
! €
Windkraft Eine Windkraftanlage Erzeugte Strommenge: Stromkosten:
mit 500 kW Anschluss-
1,1 GWh/a ca. 4 ct/kWh
leistung liefert direkten
Windstrom ohne EEG-
Förderung
Elektrolyseur Ein PEM-Elektrolyseur Produktionsmenge: Investition:
mit 330 kW Anschluss-
ca. 15.812 kg/a bzw. ca. 0,5 Mio. €
leistung produziert
527 MWh/a
Wasserstoff
H2-Zwischenspeicher Ein Kompressor 1 Wasserstoffbündel: Investition:
verdichtet H2, der in
12,7 kgH2 bzw. Kompressor
Flaschenbündeln
423 kWh ca. 0,2 Mio.€
zwischengelagert
wird 350 bar
H2-Transport Ein LKW transportiert Speichergröße: Investition:
Flaschenbündel zu den
8 Flaschenbündel für 8 Flaschenbündel
Tankstellen mit insgesamt 100 kg ca. 50.000 €
Wasserstoff pro LKW
H2-Tankstelle Eine öffentlich Betriebsdruck: Öffentliche Tankstelle:
zugängliche Tankstelle 1-1,5 Mio.€ (bis zu 50 %
PKW: 700 bar
für PKW, eine kleine des Invests förderbar)
Tankstelle für Stapler Stapler und Busse:
Kleine
350 bar
Staplertankstelle:
ab 0,5 Mio.€
H2-Gestehungskosten:
8-9 €/kg
H2-Anwendungen Einsatz von bis zu: Verbrauch: PKW: ab 65.000 €
32 PKW oder PKW: Stapler:
28 Staplern oder 0,8-1 kgH2/100km flottenabhängig
2 ÖPNV-Bussen (bis zu 40 % des
Stapler:
basierend auf Mehrinvests
0,3 kgH2/h
Brennstoffzellen förderbar)
Bus:
Bus: 650.000 €
10-14 kgH2/100km
24Gut zu wissen: Wasserstoff-Farbenlehre
Je nach Ursprung wird Wasserstoff unterschiedlich bezeichnet – im Sprachgebrauch verwen-
det man deshalb Farben für das in Wahrheit farblose Gas. Hier ein Überblick:
H2
Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen
gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas
unter Hitze in Wasserstoff und CO2 gespalten. Das CO2
wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abge-
geben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt:
Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen
rund 10 Tonnen CO2.
H2
Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen
CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und
gespeichert wird (Englisch: Carbon Capture and
Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion
erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre
und die Wasserstoffproduktion kann bilanziell als
CO2-neutral betrachtet werden.
H2
Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von
Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse aus-
schließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum
Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten
Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von
Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu
100 % aus erneuerbaren Quellen stammt und damit
CO2-frei ist.
H2
Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die
thermische Spaltung von Methan (Methanpyro-
lyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO2 entsteht
dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die
CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversor-
gung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren
Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Koh-
lenstoffs.
Quelle: https://www.kopernikus-projekte.de/wasserstoffforschung 25© Christian O. Bruch/ Niedersachsen Ports
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