Industrielles Wassermanagement: Wegbereiter für neue Prozesse, nachhaltige Produktion und Standortsicherheit

Die Nutzung erneuerbarer Energien sowie deren Speicherung in Form von Wasserstoff oder Folgeprodukten ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine klimaneutrale Prozessindustrie. Eine wachsende Anzahl von Initiativen in verschiedenen Sektoren beschleunigt den Ausbau von Kapazitäten, um Wasserstoff herzustellen und zu nutzen: Über 1.400 internationale Wasserstoffprojekte, sowie eine große Anzahl von Referenzprojekten in Deutschland wie Aquaventus, H₂Giga, H₂Mare oder Kopernikus unterstreichen diese Entwicklung. Während die Industrie Wasserstoff als Energiespeicher oder für Hochtemperaturprozesse verwendet, fokussieren sich F&E-Projekte auf die Wasserstoffinfrastruktur, Massenproduktion von Elektrolysetechnologien sowie der Synthese von Grundlagenchemikalien auf Basis von Wasserstoff.

Die marktüblichen Elektrolyseure benötigen für die Herstellung von einem Kilogramm grünem Wasserstoff etwa 10 bis 17 Kilogramm deionisiertes Wasser. Die Grundlage für grünen Wasserstoff, die grüne oder nachhaltige Energie, lässt sich in sonnen- oder windreichen Regionen besonders wirtschaftlich erzeugen. Allerdings sind die Regionen mit dem höchsten Potenzial für erneuerbare Energien meist auch die Regionen, in denen ein hohes Maß an Wasserstress und damit ein Wasserrisiko besteht. Sind die lokalen Ressourcen erst aufgebraucht, hat das einen irreversiblen Einfluss auf die Region. Alternative Wasserressourcen für die Wasserstoffproduktion werden daher immer wichtiger. Beispiele sind entsalztes Wasser und die Wasserwiederverwendung. Eine wachsende Zahl von Meerwasserentsalzungsanlagen führt dabei zu neuen Herausforderungen bei der Abwasserableitung (Emissionen ins Meer) und eröffnet Möglichkeiten der Verwertung z. B. von Solen und Konzentraten. In Zukunft wird die Produktion von grünem Wasserstoff steigen. Das hat zur Folge, dass Wasser im Produktionsprozess effizienter genutzt und wiederverwendet werden muss, vor allem Kühlwasser und Abwasserströme. Hier setzt ein optimiertes integriertes Wassermanagementsystem an.

Neue Wasserstoffprojekte zielen zunehmend auf die direkte Umwandlung des Wasserstoffs in Basischemikalien und chemische Energiespeicher, wie Ammoniak, Methan oder eKerosin. Die in diesem Produktionsschritt freigesetzte thermische Energie kann anderen Prozessen zur Verfügung gestellt werden. Thermische Entsalzungstechnologien mit höherer Effizienz, aber auch die biologische Abwasseraufbereitung können so von der verfügbaren thermischen Energie profitieren und rücken weiter in den Fokus. Diese Entwicklung ist nicht nur für die Wasserstoffwirtschaft von Relevanz, neue Membrantrennverfahren oder Erweiterungen der biologischen Wasseraufbereitung können ebenfalls das industrielle Wassermanagement bei der Prozess- und Energieeffizienz positiv beeinflussen.  

„Wasser ist der Schlüssel für die Realisierung großtechnischer Anlagen zur Herstellung von grünem Wasserstoff und seinen Folgeprodukten wie Methanol oder Ammoniak. Deshalb müssen wir von Anfang an ein integriertes Wassermanagement zusammen mit Strategien für erneuerbare Energien und die Wasserstoff-Produktion denken. Dies ist die Grundlage für eine erfolgreiche grüne Wasserstoffwirtschaft. Der Anlagenbau und Verfahrenstechnik wie wir sie auf der ACHEMA 2024 sehen werden, liefert hierzu einen entscheidenden Beitrag", sagt Dr. Thomas Track, Leiter des Fachbereichs Wassermanagement beim DECHEMA e.V.

Neben erneuerbaren Energien braucht es deshalb effiziente und robuste wasserbezogene Lösungen:

• Fachwissen und Planung für die Produktion von Wasserstoff und PtX und das Wassermanagement müssen Hand in Hand gehen.
• (Abwasser-)Aufbereitungstechnologien und Managementkonzepte müssen auf die Produktionsszenarien im Binnenland, an der Küste und im Meer zugeschnitten sein.
• Die Kreislaufführung von Wasser und Stoffströmen muss optimiert werden.