Technische Grundlagen der grünen Wasserstoff Herstellung

Was ist grüner Wasserstoff? Grüner Wasserstoff (H₂) ist ein CO₂-armer Energieträger, der mittels Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM) aus demineralisiertem Wasser unter Verwendung regenerativer Energien produziert wird. Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff durch Wasserelektrolyse entstehen hochreiner Wasserstoff (99,999% Reinheit) und Sauerstoff (O₂); am Ort der Elektrolyse fallen dabei keine direkten CO₂-Emissionen an. Die Gesamtbilanz hängt u.a. von Stromquelle, Standort und Systemgrenzen ab. Wie wird grüner Wasserstoff hergestellt? Durch state-of-the-art PEM-Elektrolyseure mit einem Wirkungsgrad von bis zu 85%, die vorzugsweise mit photovoltaisch erzeugtem Solarstrom betrieben werden, erfolgt die elektrochemische Spaltung von Wasser (H₂O) in seine molekularen Bestandteile.

Das Investitionsprojekt «HydSun» integriert die Herstellung grüner Wasserstoff in Deutschland mit innovativer Solarbaumtechnologie und dezentraler Energieinfrastruktur. Unsere HydSun Bürger-Energieparks realisieren durch modulare PEM-Elektrolyse-Systeme sowohl die Produktion von grünem Wasserstoff (Reinheit 5.0) als auch Sauerstoff (O₂), der – sofern zulässig – auf medizinische/pharmazeutische Spezifikationen (z.B. Ph. Eur.) ausgelegt und entsprechend qualifiziert werden kann (standort- und projektabhängig; vorbehaltlich Zulassungen, Genehmigungen und Qualitätssystemen). Die grüner Wasserstoff Herstellung Deutschland erfolgt ressourcenschonend aus aufbereitetem Regenwasser oder entsalztem Meerwasser mittels Umkehrosmose. Als B2B-Partner bieten wir technische Gase für industrielle Anwendungen und stellen Informationen zu Sauerstoff-Versorgungslösungen für qualifizierte Kunden und Partner bereit (z.B. für Industrie bzw. Gesundheitsanbieter über autorisierte Kanäle; vorbehaltlich lokal geltender Regulierung, ggf. Verordnungspflichten und Zulassungen).

Expertise und Projektentwicklung

Strategische Standortplanung für dezentrale Wasserstoffproduktion

Als Technologieinhaber und Systementwickler projektiert Dipl.-Ing. Wilhelm Brull die Realisierung eines Pilotprojekts auf einem verfügbaren Industrieareal in der Stadt Rees (Nordrhein-Westfalen) für diese zukunftsweisende, sozioökonomisch sowie ökologisch nachhaltige Energieinfrastruktur. In Kooperation mit kommunalen Entscheidungsträgern und institutionellen Investoren soll dort ein integrierter Bürger-Energiepark für die Herstellung von grünem Wasserstoff mit angeschlossener Forschungs- und Demonstrationsanlage entstehen.

HydSun-Parks sind als modulare, skalierbare Systeme für diverse Standortkonfigurationen in Deutschland sowie international konzipiert. Die grüner Wasserstoff Herstellung erfolgt dezentral und ist flexibel dimensionierbar von 100 kW bis Multi-MW-Anlagen.

Optimale Standortprofile für HydSun-Energieparks umfassen: Industrieareale, Gewerbeparks, Hotellerie- und Gastronomiebetriebe, Retail-Parkflächen, Logistikzentren, Güterverkehrsknotenpunkte, Autobahnraststätten sowie landwirtschaftliche Großbetriebe. Die dezentrale Vor-Ort-Produktion von technischen Gasen (Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂) eliminiert Transportkosten und optimiert die Wertschöpfungskette.

Kommunale Kläranlagen und Wasseraufbereitungsinfrastrukturen bieten hervorragende Synergieeffekte für industrielle HydSun-Parks. Die Integration der Anlagen zur Produktion von grünem Wasserstoff und medizinischem Sauerstoff ermöglicht Prozessoptimierung, Energiekostenreduktion und erhöht die Gesamtbetriebseffizienz signifikant.

HydSun Bürger-Energieparks: Multifunktionale Energieinfrastruktur mit sozialem Mehrwert

Die integrierten Wasserstoff-Solarparks des «HydSun»-Konzepts vereinen industrielle Energieproduktion mit öffentlich zugänglicher Erholungsinfrastruktur nach dem Prinzip der „sozialen Akzeptanz durch Teilhabe“. Während die Elektrolyseanlagen grünen Wasserstoff produzieren, schaffen extensiv begrünte Parklandschaften, naturnahe Biotope und Aufenthaltszonen ein attraktives Umfeld für Bürger und fördern die Biodiversität gemäß EU-Taxonomie-Kriterien.

Jeder Solarbaum im HydSun-Energiepark fungiert als dezentraler Energieknotenpunkt mit integrierten Ladeinfrastrukturen: induktive und konduktive Ladestationen für Elektromobilität (E-Bikes, E-Scooter, PKW nach Typ-2-Standard), USB-C-Schnellladepunkte sowie 230V-Schuko-Anschlüsse. Die vollständig autarke Energieversorgung erfolgt photovoltaisch mit Pufferspeichern (Lithium-Ionen-Technologie).

Eine vollautomatisierte H₂-Tankstelle mit SAE J2601-konformen Zapfsäulen (350 bar und 700 bar) ist integraler Bestandteil jeder Elektrolyseanlage. Parallel kann – sofern zulässig und nach standortspezifischer Qualifizierung – die Aufbereitung, Druckspeicherung (bis 300 bar) und Abfüllung von Sauerstoff nach Arzneibuch-Spezifikationen (z.B. Ph. Eur.) erfolgen. Informationen zu Flaschenabfüllung/-nachfüllung und Sauerstoff-Versorgung (inkl. mobiler Anwendungen) stellen wir für qualifizierte Kunden und Partner bereit, vorbehaltlich lokaler Regulierung sowie ggf. erforderlicher Zulassungen, Verordnungen und Qualitätssysteme.

Passive und aktive Klimatisierungskonzepte gewährleisten thermischen Komfort: Beschattungssysteme durch Solarbaumkronen reduzieren sommerliche Überhitzung um bis zu 8°C, während Wärmerückgewinnung aus Elektrolyseprozessen (Abwärme bei 60-80°C) und optionale Wasserstoff-Brennstoffzellen-KWK die Energieversorgung im Winter sichern. Ein IoT-basiertes Energiemanagementsystem (EMS) mit prädiktiver KI-Steuerung optimiert kontinuierlich die Produktion von grünem Wasserstoff sowie alle Energieflüsse im Park.

Proprietäre Solarbaumtechnologie: Patentierte Photovoltaik-Architektur

Zur Realisierung dieser hocheffizienten, flächenoptimierten Stromerzeugung für die Herstellung grüner Wasserstoff entwickelte Dipl.-Ing. Wilhelm Brull eine weltweit einzigartige Solarbaumtechnologie: dreidimensionale Photovoltaik-Strukturen mit bifazialen Hochleistungsmodulen (Wirkungsgrad >22%), die eine um 40% höhere Flächeneffizienz gegenüber konventionellen Freiflächenanlagen erreichen.

Die biomimetische Konstruktion der Solarbäume gewährleistet optimale Lichtdurchlässigkeit für Bodenpflanzen (PAR-Transmission 35-45%) und schafft mikroklimatische Zonen. Die selektive Beschattung reduziert Evapotranspiration um 60% und schützt Ökosysteme vor thermischem Stress (ΔT bis -8K). Diese Konzeption erfüllt die EU-Klimaadaptionsstrategie sowie nationale Hitzeschutzpläne und ermöglicht gleichzeitig landwirtschaftliche Doppelnutzung (Agri-PV nach DIN SPEC 91434).

Ganzheitliches Systemdesign: Energieautarkie, Ökologie und Versorgungssicherheit

Ein KI-gestütztes Precision-Irrigation-System (PIS) mit Bodenfeuchte-, Temperatur- und Evapotranspirationsmonitoring optimiert die Bewässerung der Parkvegetation aus Zisternen, Tiefbrunnen und Regenwasserretentionsbecken. Machine-Learning-Algorithmen prognostizieren den Wasserbedarf präzise und reduzieren den Verbrauch um bis zu 45% gegenüber konventionellen Systemen. Die energetische Versorgung der Pumpinfrastruktur erfolgt vollständig durch autarken Solarstrom aus dem parkinternen Microgrid.

Optionale thermische Freizeitinfrastrukturen (Schwimmbäder, Wellness-Bereiche) können mittels Wärmerückgewinnung aus Elektrolyseprozessen (Prozesswärme 60-80°C) oder durch Wasserstoff-Brennstoffzellen-KWK-Module (elektrischer Wirkungsgrad 50-60%, thermisch 30-40%) energieeffizient beheizt werden. Diese Sektorkopplung maximiert die Gesamtsystemeffizienz auf über 90%.

Die LED-Beleuchtungsinfrastruktur (CCT 3000-6500K, dynamisch steuerbar) wird über DC-gekoppelte Batteriespeicher (LiFePO₄-Technologie, 80 kWh pro Solarbaum) versorgt. Ein circadianes Beleuchtungsmanagement mit Dämmerungssensoren, Bewegungsdetektoren und KI-basierter Prädiktionslogik reduziert den Energieverbrauch um 75% gegenüber konventionellen Systemen bei gleichzeitiger Minimierung der Lichtverschmutzung (Dark Sky konform).

Anwendungsspektrum und Marktpotenzial von grünem Wasserstoff

Was ist grüner und blauer Wasserstoff? Die Farbcodierung differenziert Produktionsmethoden: Grüner Wasserstoff wird mittels Elektrolyse mit erneuerbaren Energien (Solar, Wind, Hydro) produziert und verursacht am Ort der Nutzung keine direkten CO₂-Emissionen; die Gesamtbilanz hängt von Stromquelle und Systemgrenzen ab. Blauer Wasserstoff basiert auf Dampfreformierung fossiler Energieträger (Erdgas, CH₄) mit nachgelagertem Carbon Capture and Storage (CCS), kann jedoch systemische Emissionen und Leckagen aufweisen. Türkiser Wasserstoff nutzt Methanpyrolyse mit festem Kohlenstoff als Koppelprodukt. Ob und in welchem Umfang grüner Wasserstoff regulatorische Kriterien (z.B. EU-Taxonomie) erfüllt, ist projekt- und nachweisabhängig. Primäre Anwendungsdomänen umfassen:

Wärmeversorgung durch grünen Wasserstoff: Sektorkopplung für Industrie und Immobilienwirtschaft

Die in «HydSun» Wasserstoff-Solarparks produzierten Energieträger adressieren sowohl industrielle Großabnehmer als auch kommerzielle und residenzielle Endverbraucher mit skalierbaren Versorgungskonzepten.

Die Distribution erfolgt wahlweise über bestehende Erdgasnetze (H₂-Beimischung bis 20 Vol.-%, perspektivisch 100% H₂-ready) oder via mobile Trailer-Tankstellen (Tube-Trailer, 500 bar, 1.000 kg H₂-Kapazität). H₂-fähige Brennstoffzellen-Heizgeräte (Solid Oxide Fuel Cells – SOFC, Polymer Electrolyte Fuel Cells – PEFC) ermöglichen Wärme- und Stromerzeugung ohne direkte CO₂-Emissionen am Ort der Nutzung in dezentralen KWK-Konfigurationen mit elektrischen Wirkungsgraden von 50-60% und Gesamtnutzungsgraden über 90% (system- und betriebsabhängig).

Intelligente Energiemanagementsysteme (EMS) mit Lastprofil-Analyse und prädiktiver Regelung optimieren die bidirektionale Energie- und Wärmeversorgung. Die Integration in Smart Grids ermöglicht Demand-Side-Management, Peak-Shaving und ermöglicht lukrative Geschäftsmodelle im Regelenergiemarkt.

Das Koppelprodukt demineralisiertes Wasser (Leitfähigkeit <0,1 µS/cm) findet vielfältige technische Verwendung in Laboren, industriellen Prozessen, Batterieherstellung sowie als Reinigungsmittel in Pharmazie und Lebensmittelproduktion.

Industrielle Wasserstoffnutzung: Wettbewerbsvorteile durch dezentrale On-Site-Produktion

Angesichts volatiler Erdgasmärkte und steigender CO₂-Zertifikatspreise im EU-ETS bietet grüner Wasserstoff aus HydSun-Parks signifikante Kostenvorteile: Produktionskosten von 4-6 €/kg H₂ (Ziel: <3 €/kg bis 2030) unterbieten perspektivisch fossile Alternativen. Die Einspeisung in bestehende Gasinfrastrukturen (nach DVGW G 260-1 zertifiziert) ermöglicht nahtlose Integration ohne Kapitalintensive Neuinvestitionen.

Logistische Wertschöpfung durch proximale On-Site-Produktion: Trailer-basierte H₂-Distribution (Type-I bis Type-IV Druckbehälter, LOHC-Systeme) oder Pipeline-Anbindung minimieren Transportkosten um bis zu 60% gegenüber zentralisierten Großanlagen. Lieferzeiten verkürzen sich von Tagen auf Stunden, was Just-in-Time-Versorgungskonzepte ermöglicht.

In KWK-Applikationen konvertiert H₂ mit Gesamtwirkungsgraden >90% in Strom und Prozesswärme. Die simultane Verfügbarkeit beider Energieformen optimiert industrielle Produktionsprozesse signifikant. Wasserstoff ermöglicht zudem Lastverschiebung und Netzdienstleistungen, die zusätzliche Erlösströme generieren.

Flexibles Blending: H₂-Beimischung zu Erdgas (0-100 Vol.-%) ist mit anpassbarer Infrastruktur technisch realisiert. Dies erweitert Anwendungsmöglichkeiten auf Bestandsanlagen und ermöglicht schrittweise Dekarbonisierung ohne disruptive Systemwechsel.

Wasserstoff-basierte Rückverstromung: Flexible Kapazitäten für Energiesystemtransformation

Solar-elektrolytisch produzierter grüner Wasserstoff zu Gestehungskosten von 4-6 €/kg ermöglicht dispatchable Stromerzeugung als systemkritische Ergänzung zu fluktuierenden erneuerbaren Energien. Brennstoffzellen-KWK-Anlagen (SOFC/PEMFC, 50-60% el. Wirkungsgrad) oder H₂-ready Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD, 60-65% Wirkungsgrad) substituieren fossile Grundlast- und Spitzenlastkraftwerke wirtschaftlich ab einem CO₂-Preis von 80-100 €/t.

Wasserstoffherstellung für medizinische Anwendungen (sofern zulässig)

Gas wird immer teurer. Wasserstoff, der zukünftig umweltfreundlich in unseren Parks produziert wird, kann auch der Industrie über alte, geprüfte Gasleitungen als kostengünstige und umweltfreundliche alternative Energiequelle zum teureren Gas zur Verfügung gestellt werden.

Auch moderne Wasserstofftransporte verschiedener Art ermöglichen Lieferungen großer Wasserstoffmengen zu Industriekunden. Die nahegelegene Produktion aus HydSun-Parks in der direkten Nähe reduziert spürbar Lieferkosten und Lieferzeit.

Als Hauptprodukt wird aus Wasserstoff Strom produziert. Wärme kommt quasi als „Abfallprodukt“ dazu. Bedarfsorientierte individuelle Auslegung der Energieversorgung durch die Wasserstoffnutzung bringt einen besonders effizienten Verbrauch des Gases, der mit Erdgas kaum vorstellbar war.

Die Wasserstoffnutzung als einzelner Brennstoff oder als Beimischung zum Erdgas ist durch bestehende innovative Lösungen realisierbar und weitet die möglichen Einsatzgebiete dieses Produktes enorm aus.

Mit grünem Wasserstoff Strom erzeugen

Mit zukünftig durch Solarstrom und Elektrolyse aus Brunnenwasser günstig erzeugtem Wasserstoff wird eine echte Alternative zu der heutigen teuren Stromerzeugung durch Gas und Kohlekraftwerke geschaffen.

Wasserstoffherstellung für medizinische Anwendungen (sofern zulässig)

Es gibt wissenschaftliche Diskussionen und Untersuchungen zu möglichen medizinischen Anwendungen von Wasserstoff; die Evidenzlage ist je nach Indikation unterschiedlich. Hinweis: Diese Inhalte ersetzen keine medizinische Beratung; therapeutische Anwendungen erfolgen ausschließlich nach Maßgabe der gesetzlichen Vorgaben und unter ärztlicher Aufsicht.

• Medizin der Zukunft? – Molekularer oder freier Wasserstoff gegen oxidativen Stress
• Wasserstoffgas für Therapie und Prävention
• Wasserstoff – mehr als nur eine Therapie | Naturmedizin | QS24 Gesundheitsfernsehen

Der in unseren Parks gewonnene grüne Wasserstoff kann – abhängig von Qualifizierung und Anwendungszweck – für bestimmte medizinische bzw. medizintechnische Anwendungen in Betracht kommen. Medizinische Anwendungen unterliegen jedoch strengen regulatorischen Anforderungen (z.B. Qualitäts- und Zulassungsvorgaben) und erfolgen ausschließlich über entsprechend zugelassene Leistungserbringer.

Die genauen Anwendungen sind mit entsprechend qualifizierten Behandlern abzustimmen; medizinische Therapien ausschließlich mit approbierten Ärztinnen/Ärzten und gemäß Verordnung.

Unser Wunsch ist es, dass entsprechend qualifizierte und zugelassene Leistungserbringer (sofern lokal zulässig) in unseren HydSun-Parks einen Platz für ihre Praxis oder Einrichtung finden.

Wie kann der Sauerstoff verwendet werden?

Da Sauerstoff als Oxidationsmittel bekannt ist, sind viele verschiedene Anwendungsbereiche möglich. Von Beatmungsmaßnahmen im Gesundheitswesen bis hin zu Schmelzprozessen in der Stahlindustrie, von der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung bis zur Abwasserreinigung, von der Medikamentenherstellung bis zum Abfallrecycling – überall wird Sauerstoff eingesetzt. Wir stellen Informationen zum Bezug von Sauerstoff (technisch bzw. medizinisch, sofern zulässig) über autorisierte Kanäle bereit.

Sauerstoff in medizinischer Qualität: Spezifikationen nach Ph. Eur. (sofern zulässig)

Der in HydSun-Parks elektrolytisch gewonnene Sauerstoff (O₂ ≥99,5 Vol.-%, z.B. nach Ph. Eur. 0417) kann – abhängig von standortspezifischer Qualifizierung – auf pharmazeutische Qualitätsanforderungen ausgelegt werden. Voraussetzung sind jeweils die erforderlichen Zulassungen/Genehmigungen und implementierte Qualitätssysteme (inkl. GMP-Anforderungen, sofern erforderlich) vor einer Belieferung für medizinische Zwecke. Wir arbeiten mit qualifizierten medizinischen Einrichtungen, Apotheken und Homecare-Providern und können Informationen zu Sauerstoff-Versorgungslösungen über autorisierte Kanäle bereitstellen. Medizinische Anwendung, Indikation und Dosierung erfolgen ausschließlich nach ärztlicher Verordnung und klinischer Verantwortung.

Medizinische Anwendungen und Dosierungen unterliegen ärztlicher Verordnung gemäß AMG §21. Abgabe, Abfüllung und Nachfüllung von Sauerstoff für medizinische Zwecke erfolgen ausschließlich im Rahmen der jeweils geltenden gesetzlichen Vorgaben und – sofern angeboten – nur nach standortspezifischer Qualifizierung/Zulassung sowie mit entsprechender Chargendokumentation und Rückverfolgbarkeit.

Industrieller Sauerstoff: Wettbewerbsvorteile durch On-Site-Verfügbarkeit

Industrieller Sauerstoff (techn. O₂ ≥99,5%, Reinheiten bis 99,999%) ist kritischer Inputfaktor für oxidative und thermische Prozesse. Elektrolytischer O₂ aus HydSun-Parks bietet Kostenvorteile von 20-40% gegenüber kryogener Luftzerlegung (ASU) bei Abnahmevolumina <50 t/Tag. Wir liefern technische Gase in Druckgasflaschen (200 bar), Flüssigsauerstoff (LOX, -183°C) oder via Pipeline für prozessintegrierte Anwendungen.

Kernsegmente für industriellen Sauerstoff: Lebensmittelindustrie (Begasung, Ozonisierung), Pharmaindustrie (Fermentation, Oxidation), Stahlwerke (Oxyfuel-Technologie, EAF-Prozesse), thermische Abfallverwertung (MVA-Effizienzsteigerung), Recycling-Industrie (Pyrolyse), Baustoffindustrie (Glasschmelze, Zementherstellung), Chemie (Ethylenoxid, Propylenoxi d), Papierindustrie (Bleiche), Aquakultur (Sauerstoffanreicherung).

Der europäische Sauerstoffmarkt (>15 Mio. t/a) wächst mit 4-6% p.a. Die Nachfrage übersteigt das Stickstoffvolumen und weist signifikante Versorgungslücken auf, insbesondere in industriellen Clustern und strukturschwachen Regionen ohne ASU-Infrastruktur.

Sauerstoff für die Kommunen

Kommunen können durch den in den Parks günstig gewonnenen Sauerstoff profitieren, denn dieser wird zum Beispiel in Kläranlagen benötigt, um Abwasser energiesparend und effizient zu reinigen.

Ebenso besteht die Möglichkeit, den in «HydSun» Wasserstoff-Solarparks gewonnenen Sauerstoff für die Ozonproduktion in Schwimmbädern sowie Stadtbädern zu nutzen, um die Chlor-Mengen für die Wasserdesinfektion drastisch zu reduzieren. Dadurch kann ein wesentlicher Beitrag zur Gesundheit geleistet werden.

Beim Einsatz von Ozon für eine sehr hohe Reinigungswirkung auf Abwasser in Klärwerken werden alle Spurenelemente von Giftstoffen und Medikamenten beseitigt.

HydSun als integrierte Energieinfrastruktur und Bürgerbeteiligungsmodell

Investitionsprojekt für nachhaltige Wertschöpfung und Klimaschutz

«HydSun» Energieparks repräsentieren ein ganzheitliches Investitionsmodell für die Energietransformation mit ökonomischen, ökologischen und sozialen Dividenden. Die simultane Produktion von grünem Wasserstoff (5-50 t/Tag, skalierbar) und öffentlich zugänglicher Infrastruktur schafft langfristige Wertschöpfung bei hoher Stakeholder-Akzeptanz.

State-of-the-art Technologien werden nach Best-Available-Technology (BAT)-Prinzipien implementiert: PEM-Elektrolyse der neuesten Generation, bifaziale n-Type-Photovoltaik, KI-gestützte Steuerungssysteme, Sektorenkopplung durch Power-to-Gas und innovative Speicherlösungen. Die Integration von Energieproduktion, Freizeitinfrastruktur und Kulturangeboten schafft multifunktionale Nutzungskonzepte mit hoher volkswirtschaftlicher Effizienz.

Werden Sie Teil der Wasserstoffwirtschaft – Mit HydSun Bürger-Energieparks!