29.12.2023

Skalierbare Lösungen für grüne Wasserstoffproduktion in Südafrika

Fraunhofer-Verbundprojekt optimiert Herstellung, Speicherung und Zertifizierung des Energieträgers.

Südafrika verfügt über reichlich erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind, die genutzt werden können, um sauberen und nachhaltigen Wasserstoff zu produzieren. Für Deutschland und Europa könnte das Land somit zukünftig eine wichtige Rolle als Wasserstoffproduzent einnehmen, wenn geeignete Infrastrukturen für die Wasserstoffspeicherung und -verteilung entwickelt werden sowie Produktionskosten gesenkt werden können, um wettbewerbsfähig zu sein. Hier setzt das Verbundprojekt „HySecunda“ an, in dem neun Fraunhofer-Institute sowie die Fraunhofer Academy für einen Zeitraum von drei Jahren praxisrelevante und skalierbare Lösungen zur grünen Wasserstoffproduktion in Südafrika entwickeln. Im Rahmen des Projekts werden Lösungen für Capacity Building umgesetzt, etwa durch ein Aus- und Weiterbildungskonzept, das die länderspezifischen Bedarfe der 16 Staaten umfassenden Southern African Development Community adressiert.

Abb.: Wasserstoff-sensitive Partikel können zur Detektion von Leckagen...
Abb.: Wasserstoff-sensitive Partikel können zur Detektion von Leckagen beitragen.
Quelle: K. Selsam, Fh.-ISC

Ein zentrales Thema für HySecunda sind zudem markt- und systemgerechte Lösungen für die Zertifizierung von grünem Wasserstoff und seine Derivate. Dabei unterstützen energiesystemische und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für Erzeugung, Versorgungsketten und Einsatzmöglichkeiten in der Industrie, die Risiken ebenso wie notwendige Rahmenbedingungen frühzeitig aufzeigen. Diese sind Voraussetzung für eine erfolgreiche Kommerzialisierung und den Import nach Deutschland und Europa.

Auf technologischer Ebene unterstützen die Fraunhofer-Institute in vier Schwerpunkten: Erstens die Entwicklung neuartiger Sensorik, die beispielsweise ein besseres Aufspüren von Lecks in Tanks und Leitungen sowie ein frühzeitiges Erkennen von Korrosions- und Alterungsvorgängen möglich machen soll.

Zweitens neuartige kombinierte Sauerstoff-/Wasserstoff-Barriereschichten. Solche Schichten verhindern das Eindringen von Sauerstoff und Wasserstoff in jeweils andere Teile der Elektrolysezelle oder in die Umgebung. Verbesserte Lösungen steigern somit die Lebensdauer und Sicherheit der eingesetzten Komponenten.

Drittens kostengünstigere Beschichtungen für Bipolarplatten. Solche Platten dienen als leitfähige Trennwände zwischen den einzelnen Zellen. Wegen der extremen Anforderungen an diese Komponenten – Temperatur, Druck, elektrische Spannung, korrosive Bedingungen – werden BPP meist aus Titan, Graphit, Stahl oder Edelstahl gefertigt und die Oberfläche wird zusätzlich mit Edelmetallen wie Gold oder Platin beschichtet. Hier will das Konsortium kostengünstigere Lösungen erproben, die den extremen Betriebsbedingungen gewachsen sind und die nötige Langzeitstabilität bieten.

Und viertens optimierte Lösungen für poröse Transportschichten. Diese unterstützen den effizienten Transport von Gasen, Flüssigkeiten und Ionen in der Elektrolysezelle und werden zwischen der Elektrode und der Bipolarplatte platziert. Optimierte PTL-Lösungen können die Effizienz der Reaktion erheblich steigern.

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ist im Projekt HySecunda federführend bei der Entwicklung von Barriereschichten und ausfallsicheren Wasserstoffsensoren, um die Herstellung, Lagerung, Transport und Nutzung von grünem Wasserstoff effizient und sicher zu machen. So sollen beispielsweise spezielle Barriereschichten die Lebensdauer der Behälter bei der Wasserelektrolyse erhöhen. Auch neue Materialkonzepte für Drucktanks zur Lagerung von Wasserstoff und die H₂/O₂ dichte Beschichtung von Pipelines gehören zu den Aufgaben des Fraunhofer-ISC. Darüber hinaus wird bei der Gewinnung, Lagerung, dem Transport und der Nutzung von Wasserstoff die einfache, sichere und sofortige Erkennung von Leckagen notwendig sein, um die Sicherheit zu gewährleisten. Dafür werden am Fraunhofer-ISC stromfreie Sensoren entwickelt, die durch einfachen Farbumschlag vorhandene oder frühere Wasserstoffleckagen sofort und ohne weitere Hilfsmittel erkennen lassen.

Das Forschungsvorhaben mit einem Gesamtvolumen von etwa 15 Millionen Euro innerhalb des 7. Energieforschungsprogramms des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.

Fh.-ISC / RK


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