Chlor-Alkali-Elektrolyse: Europas größte unerschlossene Wasserstoffquelle
Europas Chlorfabriken erzeugen rund fünfmal mehr Wasserstoff als alle Wasserelektrolyseure zusammen. Trotzdem wird nur ein Bruchteil davon vermarktet. Das ändert sich nun langsam.
Blick in den Zellensaal einer Chlor-Alkali-Elektrolyse bei Vynova in Tessenderlo (Belgien): Hunderte Membranzellen produzieren hier rund um die Uhr Chlor, Natronlauge – und Wasserstoff.
Foto: thyssenkrupp nucera
Bei dem Wort „Elektrolyse“ denken die meisten wohl an die Wasserelektrolyse, also die elektrochemische Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Weniger bekannt ist deren große Schwester: die Chlor-Alkali-Elektrolyse (CAE). Noch weniger bekannt ist, welchen Beitrag sie zum Wasserstoffhochlauf leisten könnte.
Der Chemiekonzern Nobian hat das kürzlich gezeigt: Anfang April zertifizierte das niederländische Unternehmen seinen zweiten Standort nach den RFNBO-(Renewable Fuels of Non-Biological Origin) Kriterien der EU; eine Chlorfabrik in Frankfurt am Main. Damit gelten nun bis zu 6.000 t Wasserstoff, die dort jährlich produziert werden, offiziell als erneuerbar. Zusammen mit dem bereits 2025 zertifizierten Standort Rotterdam (14.000 t/Jahr) sieht sich das Unternehmen damit als „größten Hersteller zertifizierten grünen Wasserstoffs in Europa“, so Nobian-Manager Julien Courtois. Dabei betreibt der Konzern keine Wasserstoffanlagen, sondern Chlorfabriken. Wasserstoff ist hier ein reines Nebenprodukt.
Die CAE ist industriell deutlich etablierter als die Wasserelektrolyse und läuft seit 130 Jahren weitgehend unverändert. Trotzdem nimmt kaum jemand sie als Wasserstoffproduzentin wahr. Handelt es sich womöglich um die schlafende Riesin der europäischen Wasserstoffwirtschaft?
Inhaltsverzeichnis
Was ist die Chlor-Alkali-Elektrolyse?
Die Chlor-Alkali-Elektrolyse ist einer der ältesten und wichtigsten Prozesse der Chemieindustrie. Das Grundprinzip ist rasch erklärt: Man leitet Gleichstrom durch eine Salzwasserlösung, und heraus kommen drei Produkte:
- Chlor
- Natronlauge
- Wasserstoff
Europa produzierte 2024 rund 8 Mio. t Chlor auf diese Weise. Deutschland ist mit Abstand der größte Einzelerzeuger; allein der Dow-Standort Stade lieferte mit 1,63 Mio. t im Jahr rund 14 % der europäischen Gesamtproduktion.
Rund 224.000 t Wasserstoff pro Jahr
Pro Tonne erzeugtem Chlor fallen dabei etwa 28 kg Wasserstoff an – und das in einer relativ hohen Reinheit von über 99,5 %. In Europa sind das jährlich rund 2,5 Mrd. m³ CAE-Wasserstoff, umgerechnet etwa 224.000 t. Das entspricht rund 3 % der gesamten europäischen Wasserstoffproduktion, die sonst überwiegend aus der Dampfreformierung von Erdgas stammt. Zum Vergleich: Wasserelektrolyseure erzeugten im Jahr 2024 laut dem European Hydrogen Observatory gerade einmal 43.000 t.
Die CAE produzierte also mehr als das Fünffache. Doch es gibt ein tragisches Detail: Laut dem letzten Euro Chlor Industry Review 2024/2025 blieben 13,2 % dieses Wasserstoffs ungenutzt, also rund 30.000 t. Das entspricht der Jahresproduktion eines Elektrolyseurs im dreistelligen MW-Bereich und liegt nicht weit unter dem Gesamtoutput aller europäischen Wasserelektrolyseure.
Was unterscheidet die CAE von der Wasserelektrolyse?
CAE vs. Wasserelektrolyse – die wesentlichen Unterschiede
- Zielprodukt: Bei der Wasserelektrolyse ist Wasserstoff das Hauptprodukt. Bei der CAE sind es Chlor und Natronlauge – Wasserstoff fällt als Nebenprodukt ab.
- Rohstoff: Wasserelektrolyseure spalten Wasser. CAE-Anlagen spalten Salzlösung (Sole).
- Betriebsprofil: Wasserelektrolyseure sind auf flexible Lastfahrt ausgelegt und können mit schwankendem Wind- und Solarstrom mitatmen. CAE-Anlagen laufen im Dauerbetrieb, weil Chlor kaum lagerfähig ist.
- Was die Produktion steuert: Bei der Wasserelektrolyse bestimmen Stromangebot und Wasserstoffnachfrage die Auslastung. Bei der CAE bestimmt die Chlornachfrage – der Wasserstoff kommt, ob man ihn braucht oder nicht.
- Skalierung: Wasserelektrolyseure sind modular aufgebaut und lassen sich schrittweise erweitern. CAE-Anlagen sind maßgeschneiderte Großprojekte.
- Gemeinsamkeit: Beide Verfahren nutzen elektrochemische Zellen und teilen Kernkomponenten wie Membranen und Elektrodenbeschichtungen. Anlagenbauer wie Thyssenkrupp Nucera sind in beiden Welten aktiv.
Technisch gehören CAE und die Spielarten der Wasserelektrolyse – ob alkalisch (AWE), mit Protonenaustauschmembran (PEM), mit Anionenaustauschmembran (AEM) oder als Hochtemperatur-Festoxid-Elektrolyse (SOEC) – in dieselbe Familie. Der zentrale Unterschied: eine CAE-Anlage läuft quasi rund um die Uhr, während Wasserelektrolyseure flexible Lastprofile aufweisen, sofern sie mit erneuerbarem Strom betrieben werden. Ist günstiger grüner Strom verfügbar, wird Wasserstoff erzeugt – so die Idee.
Das starre Betriebsprofil der CAE galt hingegen lange als unvereinbar mit einer erneuerbaren Stromversorgung. Doch das wandelt sich langsam. „Moderne Chlor-Alkali-Anlagen können überraschend flexibel auf Stromschwankungen reagieren – natürlich in definierten Grenzen“, erklärt Ulf-Steffen Bäumer, Head of Service and Digitalisation beim deutschen CAE-Marktführer Thyssenkrupp Nucera. Membranzellen ließen sich typischerweise zwischen 70 und 100 % ihrer Nennleistung betreiben, neuere Anlagen schafften auch 50 % Mindestlast. Wie weit die Branche diesen Spielraum bereits nutzt, zeigt die Euro-Chlor-Statistik: Europäische CAE-Betreiber stellten 2024 bereits 21,2 % ihrer Stromkapazität für die Netzstabilisierung bereit. 2023 waren es erst 17,5 %.
Dass CAE und Wasserelektrolyse trotz der Unterschiede eng verwandt sind, zeigt sich bei der Dortmunder Thyssenkrupp-Tochter Nucera: Der Konzern baut sowohl Chlor-Alkali-Anlagen als auch alkalische Wasserelektrolyseure. „Wir profitieren in beiden Bereichen von über 60 Jahren Elektrolyse-Erfahrung – etwa bei Zell-Design und Werkstoffen“, betont Bäumer. Zentrale Komponenten wie Membranen, Elektrodenbeschichtungen und der sogenannte Zero-Gap-Zellaufbau, bei dem Elektroden und Trennmembran praktisch ohne Spalt aneinanderliegen, kämen in beiden Verfahren zum Einsatz. Auch die Lieferketten überschneiden sich.
Die technische Basis zum Vertrieb des anfallenden Wasserstoffs wäre also da. Das Kernproblem ist regulatorisch: Unter welchen Bedingungen gilt CAE-Wasserstoff als „grün“ und kann entsprechend vermarktet und angerechnet werden?
RFNBO-Zertifizierung: Neues Geschäftsmodell für alte Anlagen
Die EU hat mit dem delegierten Rechtsakt zur Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED II/III) definiert, unter welchen Bedingungen Wasserstoff als grüner Wasserstoff im regulatorischen Sinn gilt. Gefordert werden:
- Strom aus zusätzlich neu gebauten Erneuerbaren-Anlagen (Additionalität)
- zeitliche und geografische Korrelation zwischen Strombezug und Wasserstoffproduktion
- mindestens 70 % Treibhausgas-Einsparung gegenüber fossilem Wasserstoff
Bis Ende 2029 reicht für die zeitliche Korrelation ein monatlicher Abgleich, ab 2030 wird stündliche Bilanzierung Pflicht. Für eine CAE-Anlage im Dauerbetrieb ist das ein Balanceakt. Aber möglich wird er mit langfristigen Stromlieferverträgen (PPAs) aus erneuerbaren Quellen.
Nobian nutzt diesen Weg: Die Anlage läuft wie immer, aber der Strom kommt nachweislich aus Wind- und Solaranlagen. Ergänzt wird der Regulierungsrahmen durch den im August 2025 in Kraft getretenen Low-Carbon Fuels Delegated Act, der auch für CO₂-armen Wasserstoff jenseits der RFNBO-Definition einen Zertifizierungsweg schafft.
Warum sich der Vertrieb von „Abfallwasserstoff lohnt
Der Vorteil: Eine bestehende Chlorfabrik braucht keine neuen Investitionen – sie existiert bereits. Will ein Betreiber den anfallenden Wasserstoff RFNBO-konform vermarkten, muss er „nur“ den Strombezug umstellen und dokumentieren. Das ist deutlich günstiger als ein neuer dedizierter Elektrolyseur, dessen Bau schnell dreistellige Millionenbeträge verschlingt.
Und für die unter Druck stehende Branche ist jede zusätzliche Einnahmequelle willkommen. „Insbesondere Betreiber von Bestandsanlagen in Europa prüfen derzeit, ob sich ihr ‚Abfallwasserstoff‘ dank RFNBO in ein zusätzliches hochwertiges Verkaufsprodukt verwandeln lässt“, bestätigt Bäumer.
Drei Wermutstropfen für die CAE
Ist die CAE also der unterschätzte Wasserstoff-Lieferant der Energiewende? Die Antwort ist ein klares „Jein“. Dass sich der „Abfallwasserstoff“ gewinnbringend vermarkten ließe, ist naheliegend. Doch leider gibt es drei Wermutstropfen.
- Erstens ist CAE-Wasserstoff in seiner Menge durch die Chlor-Nachfrage gedeckelt. Wächst die Wasserstoffwirtschaft stark, kann die CAE nicht mithalten – sie läuft immer nur so schnell, wie Chlor gebraucht wird. Und die Chlor-Branche boomte zuletzt nicht unbedingt: Die Kapazitätsauslastung lag 2024 bei 68,7 %, nach einem Allzeittief von 61,6 % im Vorjahr.
- Zweitens liegt der Engpass nicht bei der Produktion, sondern bei der Vermarktung. Von den 2,5 Mrd. m³ CAE-Wasserstoff, die 2024 in Europa anfielen, gingen
- 30,6 %in die Dampferzeugung
- 24,6 % in die Chemiesynthese (Ammoniak, Anilin, Wasserstoffperoxid)
- 11,7 % in die Salzsäureproduktion.
- In Mobilität, Energie- oder Raffinerieanwendungen flossen zusammen gerade einmal 1,5 %.
Das bedeutet: Der RFNBO-Markt, den die EU politisch setzen will, existiert als Abnehmermarkt bislang kaum. Das zeigt sich auch bei Nobian: Den in Frankfurt zertifizierten Wasserstoff will das Unternehmen nach eigener Aussage „mit regionalen Partnern auf den Markt bringen“. Feste Abnehmer sind nicht benannt. Mit anderen Worten: Ein RFNBO-Zertifikat ist ein Enabler, keine Garantie für Absatz.
- Drittens: Eine energetisch effizientere Variante der CAE, die Sauerstoffverzehrkathode (SVK), kommt ohne Wasserstoff als Nebenprodukt aus und senkt den Energiebedarf um bis zu 30 %. Sie spielt in Europa bisher aber nur eine Nischenrolle, laut Euro Chlor sind es weniger als 0,8 % der installierten Kapazität. Als langfristige Option würde sie die Wasserstoffproduktion der CAE eher verringern.
Die schlafende Riesin erwacht also langsam. Aber noch ist sie arbeitslos. Die entscheidende Frage ist nicht, ob CAE-Wasserstoff zertifiziert werden kann, sondern, wem er verkauft wird.
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