Wasserstoff aus Ökostrom günstiger erzeugen
Forschungsplattform mit optimiertem Elektrolyseur an kommerzieller Power-to-Gas-Anlage gestartet.
Wasserstoff aus Ökostrom kann den Anteil erneuerbarer Energien im Verkehrssektor erhöhen sowie den Feinstaub- und Stickstoffoxidausstoß reduzieren. Die Erzeugung des Gases ist jedoch noch zu teuer. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg hat jetzt zusammen mit Partnern in einer Forschungsplattform erfolgreich einen Beitrag zur Kostensenkung erprobt: Mit einem Anfang 2019 in Testbetrieb gegangenen Forschungselektrolyseur an einer kommerziellen Power-to-Gasanlage im süddeutschen Grenzach-Wyhlen erreichten die Wissenschaftler aufgrund neuer Elektrodenbeschichtungen zwanzig Prozent mehr Leistungsdichte als der industrielle Anlagenteil. Der Elektrolyseur besteht außerdem aus weniger Einzelteilen und ist besser für die Serienfertigung geeignet. Die erreichten Fortschritte könnten künftig die Kosten von Elektrolyseuren senken. Die Dauerhaltbarkeit der verbesserten Elektrodenbeschichtung untersuchen die Forscher derzeit.
„Die beteiligten Unternehmen und Institute können in der Forschungsanlage Komponenten in einer Realumgebung testen und optimieren“, sagt Michael Specht, Leiter des ZSW-Fachgebiets Regenerative Energieträger und Verfahren. „Seit Januar erproben wir beispielsweise eine optimierte alkalische Druck-Elektrolyseanlage mit maximal dreihundert Kilowatt Leistung unter realen Bedingungen. Sie verfügt über neu entwickelte günstigere Elektroden und ist einfacher konstruiert.“ Künftig wollen die Beteiligten unter anderem auch Verdichter, Gleichrichter und Druckbehälter hinsichtlich ihrer Kosten- und Effizienzpotentialen analysieren. Das Ziel ist dabei, aus erfolgversprechenden Ideen Produkte zu machen.
Das Ergebnis der ersten Probeläufe des Forschungselektrolyseurs ist erfreulich: Die Projektpartner ZSW und DLR erreichten durch neue Elektrodenbeschichtungen eine Steigerung der Leistungsdichte um zwanzig Prozent. Das bedeutet: Die Anlage erzeugt bei gleichem Bauvolumen und Energieverbrauch ein Fünftel mehr Wasserstoff als die Industrieanlage. Für die gleiche Leistung sind also weniger Rauminhalt und Material erforderlich. Die Dauerhaltbarkeit der weiterentwickelten Elektrodenbeschichtung müssen die Forscher jedoch noch nachweisen.
Da sich die Investitionskosten von Elektrolyseuren auch am Bauvolumen orientieren und sie mit rund vierzig Prozent den größten Kostenanteil bei der Umwandlung des erneuerbaren Stroms ausmachen, schlagen sich Fortschritte auf diesem Gebiet automatisch auf den Wasserstoffpreis nieder. Für Hersteller von Elektrolyseanlagen ist die Entwicklung ein wichtiger Faktor zur weiteren Kostensenkung. Das wiederum könnte die Etablierung der Technologie beschleunigen.
Das Forschungsvorhaben läuft im Rahmen des Leuchtturmprojekts Power-to-Gas Baden-Württemberg, das im November 2018 eingeweiht wurde. Im südbadischen Wyhlen will der Energieversorger Energiedienst AG eine Elektrolyseanlage zur Erzeugung von Wasserstoff im Industriemaßstab betreiben. Der Testbetrieb der kommerziellen Anlage läuft bereits seit November 2018. Pro Tag kann die Anlage rund eine halbe Tonne Wasserstoff erzeugen – genug für eine durchschnittliche Tagesfahrleistung von mehr als tausend Brennstoffzellen-Pkws. Daran angeschlossen ist die Forschungsanlage der ZSW-Wissenschaftler. Der Einsatz erfolgt unter realen Bedingungen: Der Strom für beide Anlagen kommt aus dem benachbarten Wasserkraftwerk am Rhein. Nach der Umwandlung wird der Wasserstoff aus den getrennten Elektrolyse-Einheiten zusammengeführt und per Lkw an den Nutzungsort transportiert.
Das vom ZSW koordinierte Gesamtvorhaben beinhaltet auch ein Monitoring beider Anlagen inklusive Livedaten-Überwachung. Im Januar ist es gestartet: Bis Ende des Jahres werden die Forscher die Daten von etwa viertausend Betriebsstunden untersucht haben. An dem Projekt zur Zukunft der Mobilität beteiligen sich auch Wirtschaft und Forschung. Elf Partner sind mit an Bord, drei davon aus der Wissenschaft. Das Land Baden-Württemberg fördert das Vorhaben mit 4,5 Millionen Euro.
ZSW / RK
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