Batterie und Brennstoffzelle: Dieser Wasserstoff-Container spart den Netzanschluss

Die Landesregierung von NRW hält zur Wasserstofftechnologie: Dieses Signal wollte die stellvertretende Ministerpräsidentin und Wirtschaftsministerin Mona Neubaur (Grüne) beim Besuch von H2 Powercell und BEN-Tec in Emsdetten aussenden. Die beiden Unternehmen entwickeln den H2PowerCube, einen containerisierten Energiebaukasten, der Strom aus erneuerbaren Energien in Wasserstoff umwandelt, das Gas speichert und bei Bedarf wieder verstromt.

Solche Komplettsysteme liegen im Trend. Was macht der Container aus Emsdetten anders? Ein Blick in die technischen Daten zeigt seine Nische.

Was im Container steckt

Der H2PowerCube vereint drei Komponenten, die in der Energiewelt oft getrennt installiert werden:

• PEM-Elektrolyseur
• Brennstoffzelle
• Batteriespeicher.

Und so funktioniert das Zusammenspiel der Komponenten:

• Liefert eine Photovoltaik- oder Windkraftanlage gerade mehr Strom, als gebraucht wird, fährt der PEM-Elektrolyseur hoch und spaltet Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff

• Der Wasserstoff wird unter Druck gespeichert.

• Wird später Energie benötigt, macht die Brennstoffzelle daraus wieder Strom – und liefert dabei zusätzlich Wärme.

• Die Batterie überbrückt kurze Lastspitzen und macht die Anlage schwarzstartfähig.

Was die Münsterländer anders machen

Die Bündelung von Erzeugung und Rückverstromung in einem Gerät ist nicht neu, aber technisch anspruchsvoll. Der H2PowerCube setzt das Prinzip in standardisierten Containergrößen um. In der kleinsten Variante, dem Small Cube 40/5, hat der Elektrolyseur eine elektrische Anschlussleistung von rund 40 kW und produziert nominal 0,68 kg Wasserstoff pro Stunde bei bis zu 40 bar. Die Brennstoffzelle liefert 5 kW elektrische und 9,5 kW thermische Leistung.

Das Modul wiegt laut dem Unternehmen weniger als 5 t, misst 3 mal 2,4 mal 2,6 m – die Größe eines 10-Fuß-Containers – und arbeitet zwischen minus 15 und plus 45 °C. Nach oben ist das System nach Angaben des Herstellers modular skalierbar bis 1,2 MW Elektrolyse und 240 kW Brennstoffzelle.

Fakten zum H2PowerCube Small Cube 40/5

• Elektrische Anschlussleistung: ca. 40 kW (Lastbereich 20 bis 100 Prozent)
• Wasserstoffproduktion: 0,68 kg/h (7,61 Nm³/h) bei max. 40 bar
• Brennstoffzelle: 5 kW elektrisch, 9,5 kW thermisch (Kraft-Wärme-Kopplung)
• Maße und Gewicht: 3 m x 2,4 m x 2,6 m (10-Fuß-Container), unter 5 t
• Einsatztemperatur: –15 bis 45 °C
• Skalierbar bis: 1,2 MW Elektrolyse / 240 kW Brennstoffzelle

Quelle: Herstellerbroschüre H2 Powercell GmbH

Wo die Batterie die bessere Wahl ist

Ein Detail in den Datenblättern erklärt den Zweck der Anlage am besten: das Verhältnis von Erzeugung zu Rückverstromung. Beim Small Cube stehen 40 kW Elektrolyse nur 5 kW Brennstoffzelle gegenüber, auch beim großen Modell bleibt die Rückverstromung mit 240 zu 1.200 kW deutlich kleiner.

Das ist Absicht. Der H2PowerCube soll in erster Linie Wasserstoff erzeugen und speichern; die Rückverstromung ist gezielt für die Momente dimensioniert, in denen sie sich lohnt. Denn die Umwandlung von Strom in Wasserstoff und zurück ist verlustbehaftet, weil bei Elektrolyse und Brennstoffzelle jeweils Energie als Wärme abfällt. Für die reine Tagesspeicherung bleibt die Batterie deshalb die effizientere Wahl.

Die Nische des Containers

Laut der Fraunhofer-Gesellschaft eignen sich containerbasierte Wasserstoff-Microgrids besonders für die saisonale Speicherung. Denn weil die ‚Selbstentladung‘ beim Wasserstoff im Gegensatz zur Batterie sehr gering ist, lassen sich große Energiemengen über Wochen und Monate vorhalten und Dunkelflauten überbrücken.

Die Batterie bleibt also der Kurzzeitspeicher für den Tag, der Wasserstoff-Container übernimmt die lange Dauer und den netzfernen Einsatz. Als besonders geeignete Nutzer nennt Fraunhofer dabei Krankenhäuser – dort lässt sich nicht nur der gespeicherte Strom abrufen, sondern auch der bei der Elektrolyse anfallende Sauerstoff vor Ort weiterverwenden. Als weitere Use Cases gelten:

• Wasserstoff-Tankstellen: Hier ist das Gas das eigentliche Produkt, nicht der zurückgewonnene Strom.
• Inselnetze und netzferne Standorte: Energie lässt sich in Wasserstoff-Form über Tage und Wochen lagern. Das schaffen Batterien noch nicht.
• Notstromversorgung: Entscheidend ist, dass der Speicher auch nach langer Standzeit zuverlässig anspringt.

Wie die Netzentlastung funktioniert

Auch Stromerzeugungsspitzen lassen sich durch die kurzfristige Speicherung in Wasserstoffform zeitlich verschieben. Wie groß die Ersparnis ausfällt, hängt dabei von der Entfernung ab. Ein Netzanschluss auf der Verteilnetzebene besteht zum größten Teil aus Tiefbau – und der wird mit jedem Meter Graben teurer.

Verteilnetzbetreiber rechnen Standardanschlüsse deshalb nur bis zu festen Grenzen pauschal ab: Die Stadtwerke Landshut etwa decken mit ihrer Pauschale Mittelspannungsanschlüsse bis 1 MW Leistung und 200 m Entfernung zur nächsten Leitung ab, alles darüber wird nach Aufwand berechnet. Liegt ein Standort weiter draußen, summieren sich die Grabungskosten rasch auf fünf- bis sechsstellige Beträge. Hier könnte der Container einspringen: Statt eine neue Leitung zu bauen und zu bezahlen, speichert er die Erzeugungsspitze als Wasserstoff und deckt damit den Bedarf vor Ort. Die teure Anschlussleitung wird damit überflüssig, nicht der Strom.

In dieser Logik liegt auch die zusätzliche Wärme nicht brach: Mit 9,5 kW thermischer Leistung beim Small Cube arbeitet die Brennstoffzelle nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Dieser doppelte Nutzen macht zum Beispiel auch dezentrale Wasserstoff-BHKW zu einer Alternative für Rechenzentren sowie Wohn- und Gewerbequartiere.

Warum das Münsterland?

Das Münsterland hat sich zu einem kleinen Cluster für dezentrale Energietechnik entwickelt – im nahen Heek sitzt mit 2G Energy einer der deutschen BHKW-Marktführer. Zudem arbeiten die Unternehmen im deutsch-niederländischen Kooperationsprojekt BOOST zusammen, das von März 2024 bis Februar 2027 läuft und von der EU im Rahmen des INTERREG-Programms Deutschland-Nederland kofinanziert wird. Dritter Partner ist die FH Münster. Ziel ist die Entwicklung eines softwarebasierten Werkzeugkastens, der kleinen und mittleren Unternehmen die Planung und den Betrieb von Wasserstoff-Anwendungen erleichtern soll.

Ein Forschungsprojekt allein heißt aber nicht, dass es den Container nur auf dem Papier gibt: H2 Powercell baut die Systeme seit 2020 nicht nur, sondern verkauft und wartet sie auch; eine erste Brennstoffzelle installierte das Unternehmen an einer Schule in Hopsten. Unabhängig dokumentierte Referenzanlagen für den H2PowerCube sind allerdings noch Mangelware.

Das Stromnetz ersetzt der Container nicht – dafür ist die Rückverstromung zu klein und zu teuer. Aber an einem netzfernen Standort, im Inselnetz oder als autarke Notstrom-Insel kann er eine Alternative zum Netzanschluss sein. Klar ist: Das Industrieland Nordrhein-Westfalen will die Technologien der Energiewende nicht nur einsetzen, sondern selbst bauen.