Sein Aqualyzer-System hat Asahi Kasei auf Grundlage jahrzehntelanger Erfahrung in der Chlor-Alkali-Elektrolyse entwickelt. Dieser Ansatz stellt keinen grundsätzlich neuen Technologiepfad dar, sondern zeigt, wie etablierte industrielle Verfahren an die neuen betrieblichen Anforderungen des Wasserstoffsektors angepasst werden können.
Eine der strukturellen Herausforderungen beim Wasserstoffhochlauf in Europa besteht in der Diskrepanz zwischen der traditionellen Auslegung industrieller Prozesse für den Grundlastbetrieb und der schwankenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Elektrolyseure, die ursprünglich für einen kontinuierlichen Betrieb optimiert wurden, müssen heute flexibel auf die Einspeiseprofile von Solar- und Windenergie reagieren.
Tests in Fukushima zeigen: Elektrolyseur wechselt binnen Sekunden von minimaler auf maximale Last
Erfahrungen aus großtechnischen Demonstrationsprojekten zeigen, dass dieser Übergang technisch möglich ist, jedoch mehr als nur schrittweise Anpassungen erfordert. Beim Aqualyzer-System lag der Schwerpunkt der Entwicklung nicht nur auf elektrochemischen Komponenten wie Elektroden und Membranen, sondern auch auf der Systemsteuerung, einschließlich Druckregelung und automatisiertem Betrieb.
Betriebsdaten aus dem Demonstrationsprojekt Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R) zeigen, dass alkalische Systeme schnelle Lastwechsel bewältigen können. Der Übergang zwischen minimaler und maximaler Leistung erfolgt innerhalb weniger Sekunden. Diese Dynamik ist insbesondere für europäische Märkte relevant, in denen Elektrolyseure zunehmend neben der Wasserstoffproduktion auch Netzdienstleistungen zur Stabilisierung des Stromnetzes übernehmen sollen.
Anlage übersteht Erdbeben und Langzeittest mit mehr als 10.000 Betriebsstunden
FH2R war mit einer 20-MW-Solaranlage, einem großskaligen alkalischen Wasserelektrolysesystem der 10-MW-Klasse sowie einer Anlage zur Wasserstoffverdichtung und -verladung auf 20 MPa ausgestattet. Zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme war es die weltweit größte Demonstrationsanlage für ein erneuerbares Power-to-Gas-System. Die Anlage überstand zwei Erdbeben der Magnitude-7-Klasse in den Jahren 2021 und 2022 und wurde jeweils sicher abgeschaltet, ohne Schäden am Elektrolyseur oder Leckagen von Wasserstoff oder Elektrolyt. Die Gesamtbetriebszeit dieses Elektrolyseurs beträgt inzwischen mehr als 16.000 Stunden.
Ein weiterer zentraler Aspekt für europäische Wasserstoffprojekte ist die langfristige Zuverlässigkeit. Viele angekündigte Vorhaben basieren bislang auf begrenzten Betriebserfahrungen, insbesondere unter Bedingungen schwankender Stromversorgung.
Langzeitbetrieb im industriellen Maßstab liefert daher einen wichtigen Referenzpunkt. Systeme mit mehr als 10.000 Betriebsstunden unter variabler Einspeisung erneuerbarer Energien ermöglichen Erkenntnisse über Alterungsverhalten, Wartungsanforderungen und die allgemeine Systemstabilität. In diesem Zusammenhang tragen die beobachtete Stabilität der Gasreinheit, das Ausbleiben wesentlicher Bauteildegradation sowie der sichere Betrieb unter externen Belastungen – etwa bei Erdbeben – zu einem besseren Verständnis der Leistungsfähigkeit alkalischer Systeme außerhalb kontrollierter Laborbedingungen bei.
Für europäische Akteure, deren Finanzierungsbedingungen eng mit dem wahrgenommenen Technologierisiko verknüpft sind, können solche Betriebserfahrungen dazu beitragen, Unsicherheiten zu reduzieren. Regionale Rahmenbedingungen und regulatorische Vorgaben bleiben jedoch wichtige Einflussfaktoren.
Modularität ermöglicht Skalierung vom Piloten in den Megawatt-Maßstab
Ein anhaltender Engpass in Europa ist der Übergang von Pilotanlagen im Megawattbereich zu Installationen mit 100 MW und mehr. Dieser Schritt bringt nicht nur technische Komplexität, sondern auch finanzielle und logistische Herausforderungen mit sich.
Ein Ansatz zur Bewältigung dieses Übergangs ist die Modularisierung. Anstatt auf einzelne Großanlagen zu setzen, können Systeme aus mehreren standardisierten Modulen aufgebaut werden, die parallel betrieben werden. Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten von Asahi Kasei wurden Pilotprojekte durchgeführt, bei denen mehrere Module im Sub-Megawatt-Bereich gemeinsam betrieben und über ein zentrales Steuerungssystem koordiniert werden.
Asahi Kasai
Im Werk Kawasaki von Asahi Kasei bestehen vier Module mit jeweils 0,75 MW aus zehn gestapelten Elektrolysezellen mit einer Elektrodenfläche von jeweils 2,7 m². Die Module sind parallel angeordnet und ermöglichen sowohl einen koordinierten Betrieb – bei dem die Module automatisch geschaltet und der Gesamtwirkungsgrad optimiert wird – als auch einen Einzelbetrieb, bei dem jedes Modul unabhängig unter definierten Testbedingungen betrieben werden kann. Die Anlage ermöglicht zudem die Erprobung des integrierten Druckregelsystems einschließlich des Kompressors. Nach mehr als 5.000 Stunden Dauerbetrieb haben sich die Module als äußerst robust und effizient erwiesen.
100-Megawatt-Elektrolyseure sind der nächste Schritt
Die Daten aus den Pilotprojekten in Fukushima und Kawasaki bilden die Grundlage für den nächsten Entwicklungsschritt: Wasserelektrolysesysteme mit einer maximalen Leistung von 100 MW pro Anlage, bestehend aus bis zu zehn parallel geschalteten 10-MW-Modulen und einer Wasserstoffproduktion von 20.000 Nm³/h. Die Anzahl der Module kann an die jeweiligen Kundenanforderungen angepasst werden und bietet dadurch ein hohes Maß an Flexibilität.
Solche Architekturen ermöglichen eine schrittweise Kapazitätserweiterung und lassen sich besser mit stufenweisen Investitionsstrategien sowie einer sich entwickelnden Wasserstoffnachfrage vereinbaren. Darüber hinaus bieten sie betriebliche Flexibilität: Einzelne Module können für Wartungsarbeiten außer Betrieb genommen werden, ohne das Gesamtsystem abzuschalten, und die Leistungszufuhr kann dynamisch verteilt werden, um den Wirkungsgrad im Teillastbetrieb zu optimieren.
Für Europa, wo Projekte häufig in mehreren Entwicklungsstufen realisiert werden und sich an regulatorische sowie infrastrukturelle Rahmenbedingungen anpassen müssen, kann diese Flexibilität praktische Vorteile bieten.
Industrielle Lieferketten und Gigawatt-Fertigung senken Wasserstoffkosten
Die Senkung der Kosten bleibt eine der zentralen Herausforderungen der europäischen Wasserstoffwirtschaft. Politische Förderinstrumente können einen Teil der Wirtschaftlichkeitslücke schließen, langfristige Wettbewerbsfähigkeit hängt jedoch von technologischen Lernkurven und industrieller Skalierung ab.
Hier zeigt sich die Bedeutung etablierter industrieller Lieferketten. Die Nutzung bestehender Fertigungskapazitäten, wie sie für die Chlor-Alkali-Elektrolyse aufgebaut wurden, kann die schnelle Produktion zentraler Komponenten wie Membranen und Elektrolysezellen unterstützen. Geplante Erweiterungen der Fertigungskapazitäten in Kawasaki bis in den Gigawattbereich verdeutlichen, wie sich Asahi Kasei auf eine steigende Nachfrage vorbereitet.
Gleichzeitig werden standardisierte Systeme und wiederholbare Moduldesigns voraussichtlich entscheidend sein, um Engineering- und Installationskosten zu senken. Zusammen mit einer höheren Betriebseffizienz und längeren Lebensdauer tragen diese Faktoren schrittweise zur Reduzierung der Wasserstoffgestehungskosten (LCOH) bei.
Kombination aus industrieller Reife, Flexibilität und Modularität macht den Unterschied
Nicht zuletzt vor dem Hintergrund zunehmender geopolitischer Unsicherheiten entwickelt sich die europäische Wasserstoffindustrie von der politischen Zielsetzung hin zur industriellen Umsetzung. Dabei steht sie vor Herausforderungen in den Bereichen Kosten, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Systemintegration. Die Weiterentwicklung der etablierten alkalischen Elektrolysetechnologie stellt einen möglichen Weg dar, diesen Anforderungen zu begegnen.
Anstatt auf noch unerprobte Konzepte zu setzen, baut dieser Ansatz auf dem industriellen Know-how der Chlor-Alkali-Industrie auf und kombiniert dieses mit der für erneuerbare Energiesysteme erforderlichen Flexibilität. Seine Relevanz für Europa liegt weniger in einzelnen technischen Merkmalen als vielmehr in der Verbindung aus nachgewiesenen Betriebserfahrungen, modularer Skalierbarkeit und der Eignung für den Betrieb mit schwankender Stromversorgung.
Mit der weiteren Entwicklung des Sektors dürften solche hybriden Ansätze, die industrielle Reife mit den Anforderungen moderner Energiesysteme verbinden, eine wichtige Rolle dabei spielen, die Lücke zwischen der Validierung im Pilotmaßstab und dem großflächigen industriellen Einsatz zu schließen.
