KWK-Motoren lassen sich gut an Wasserstoff anpassen

Der Wasserstoffanteil im Gasverteilnetz soll ansteigen. Diese Wasserstoffzumischung wird sich auch auf KWK-Anlagen auswirken, denn die Aggregate müssen entsprechend modifiziert werden.

Die Beimischungen von regenerativ erzeugten Gasen sind für heutige Gasaggregate völlig unbedenklich und technisch händelbar (Abbildung: MWM Gasmotor TCG 2032)

Quelle: Caterpillar Energy Solutions GmbH

Künftig sollen mehr grüne Gase produziert und auch über das bestehende Gasnetz verteilt werden. Dazu zählt auch Wasserstoff.

Dieser wird in der öffentlichen Diskussion derzeit als Schlüsselrohstoff angesehen, um die Klimaschutzziele erreichen zu können. Zu den CO2-neutralen beziehungsweise CO2-freien Energieträgern zählen grüner Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, und blauer Wasserstoff, der aus Erdgas durch Abscheidung von CO2 gewonnen wird.

Bei Wasserstoff sind derzeit Beimischungen von bis zu 10 % ins Gasnetz erlaubt. Diese neuen Einspeisemöglichkeiten verändern jedoch die Zusammensetzung des Gases. Das hat auch Auswirkungen auf die Verbrennung der Gase in KWK-Anlagen. Hersteller testen bereits Wasserstoffzumischungen für die Verbrennung in Motoren.

Das Unternehmen Caterpillar Energy Solutions aus Mannheim hat zum Beispiel an ihren eigenen MWM-Aggregaten erprobt, wie sich die Motoren verhalten, wenn der Anteil am Wasserstoff erhöht wird. Die Ergebnisse stellte Tobias Wedemeier auf der KWK-Jahreskonferenz in Magdeburg am 9. Oktober vor.

Demnach sind nach seinen Worten bei „Wasserstoffzumischungen bis maximal zehn Volumenprozent keine Anpassungen notwendig“, sagte der Produktmanager bei MWM. Der dynamische Zweigasbetrieb sei mittlerweile sowieso Standard und diese Gasaggregate könnten ihren Betrieb problemlos bei sich stark verändernder Gasqualität automatisch anpassen – auch mit Wasserstoffbeimischungen kämen sie gut zurecht.

Leistungsabfall bei höherem H2-Anteil

Über diese zehn Prozent hinaus sei allerdings eine Einzelfallprüfung erforderlich, empfahl der Maschinenbauer auf dem KWK-Jahreskongress. Bei den Aggregaten müsste für den Betrieb mit H2-Anteilen über diesen 10 % geprüft werden, ob beispielsweise Flammensperren, Turbolader sowie das Verdichtungsverhältnis angepasst werden müssen. Der Hintergrund sind die Eigenschaften des Wasserstoffes. Er weist im Vergleich zu Erdgas eine geringere Dichte auf und ist leicht entflammbar. Zum Beispiel sei dadurch die Gefahr eines „Flammenrückschlages in das Receiverrohr“ höher.

Trotz der Modifizierungen sei bei einem „Erdgas-Motor“ allerdings mit einer Leistungsreduzierung zu rechnen: Diese verstärke sich, je höher die H2-Konzentration wird. Andersherum sei bei „angepassten“ Motoren, die fast nur noch Wasserstoff verbrennen − ab etwa 80 % H2-Anteil − nicht mehr mit einer solch reduzierten Leistung zu rechnen. Hier sind wieder sehr gute Wirkungsgrade zu erzielen.

Auch weitere Hersteller, wie beispielsweise 2G, testen Wasserstoff als Brennstoff. Die Stadtwerke Haßfurt haben etwa eine komplette Power-to-Gas-Prozesskette als Testanlage installiert − mit einem Wasserstoff-BHKW von 2G. Bei diesem BHKW-Modul vom Typ Agenitor 406 SG hängt die Leistung ebenfalls vom eingesetzten Brennstoff ab. Maximal sind nach Angaben von 2G bis zu 200 kWel möglich, der Brennstoff ist dann Erdgas. Wird reiner Wasserstoff eingesetzt, erreicht das Aggregat noch 140 kW. Eine Leistung bis 200 kW ist auch für den Wasserstoffbetrieb angestrebt und wurde in Tests auch bereits erreicht, allerdings will der Hersteller den Betrieb weiterhin testen, bevor man den Wirkungsgrad des Motors steigert.

Durch die Eigenschaften von Wasserstoff bietet dieser Brennstoff bei KWK-Anlagen weitere Vorteile, wie Wedemeier in Magdeburg erläuterte: „Wenn H₂ zugemischt wird, sinken die NOx-Emissionen“. Damit sei davon auszugehen, dass die NOx-Grenzwerte eingehalten werden können. Zudem sei das Problem des sogenannten „Methanschlupfs“ − entweichende Gase bei der Verbrennung − beim Wasserstoff nicht gegeben.

Als Fazit sagte Wedemeier, dass die Beimischungen von regenerativ erzeugten Gasen für heutige Gasaggregate völlig unbedenklich sind und technisch händelbar.

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