Mit einem Anfang 2019 in Testbetrieb gegangenen Forschungselektrolyseur an einer kommerziellen Power-to-Gasanlage der Energiedienst AG (siehe ee-news.ch vom 3.1.2019 >>) im süddeutschen Grenzach-Wyhlen erreichten die Wissenschaftler aufgrund neuer Elektrodenbeschichtungen 20 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.

Verkehrs- und Wärmewende voranbringen
Erneuerbare Energien müssen fossile Energieträger nicht nur im Stromsektor nach und nach ersetzen, sondern auch in der Mobilität und im Gebäudebereich. Wasserstoff ist hierfür ein geeignetes Mittel: Der gasförmige Energieträger kann Ökostromüberschüsse aufnehmen und den anderen Sektoren zur Verfügung stellen. Das könnte die auf der Stelle tretende Verkehrs- und Wärmewende voranbringen.

Mehr Leistung bei gleichem Bauvolumen
Erzeugt wird Wasserstoff in Elektrolyseanlagen: Dort wird mit Hilfe von Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Noch ist der Herstellungsprozess aber zu teuer für einen konkurrenzfähigen Preis des grünen Gases. Um die Kosten zu senken, haben die ZSW-Forscher mit ihren Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft kürzlich eine Forschungsplattform an der industriellen 1-Megawatt-Anlage am Hochrhein errichtet. Der Fokus liegt auf der klimafreundlichen Mobilität.

„Die beteiligten Unternehmen und Institute können in der Forschungsanlage Komponenten in einer Realumgebung testen und optimieren“, erklärt Michael Specht, Leiter des ZSW-Fachgebiets Regenerative Energieträger und Verfahren. „Seit Januar erproben wir beispielsweise eine optimierte alkalische Druck-Elektrolyseanlage mit maximal 300 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.

Erfreuliche Ergebnisse
Das Ergebnis der ersten Probeläufe des Forschungselektrolyseurs ist erfreulich: Die Projektpartner ZSW und DLR erreichten durch neue Elektrodenbeschichtungen eine Steigerung der Leistungsdichte um 20 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.

Wasserstoffanlagen schneller in den Markt bringen
Da sich die Investitionskosten von Elektrolyseuren auch am Bauvolumen orientieren und sie mit rund 40 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.

Energiedienst will Wasserstoff im industriellen Massstab erzeugen
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 (siehe ee-news.ch vom 3.1.2019 >>). 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 1000 Brennstoffzellen-Pkw. 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.

Monitoring erfolgreich gestartet
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 rund 4000 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.

Text: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)