Forschung: Erneuerbarer Wasserstoff für grüne Mobilität

Power-to-Gas-Großprojekt

Die Megawattanlage ist im April 2020 seit vier Monaten in Betrieb und hat bereits 1.850 Betriebsstunden hinter sich. Das vom ZSW aufgesetzte Monitoringsystem, das alle wesentlichen Komponenten und Subsysteme vermisst, funktioniert einwandfrei. Die Anlage arbeitet sowohl bei Volllast als auch in verschiedenen Teillastzuständen vollautomatisch im 24-Stunden-Betrieb. Mit Hilfe einer Datenfernübertragung nach Stuttgart und automatisierter Datenauswertung überwacht das ZSW den Betrieb.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ermitteln unter anderem den Wirkungsgrad der Gesamtanlage inklusive aller Subsysteme. Der Gesamtwirkungsgrad von Strom zu hochreinem, auf 300 bar komprimiertem Wasserstoff liegt aktuell bei bis zu 66 % bezogen auf den Brennwert des Gases. Darüber hinaus untersuchen die Forschenden Alterungseffekte und leiten aus den Daten Verbesserungspotenziale ab.

Bislang befüllte die Anlage 62 Trailer mit brennstoffzellentauglichem Wasserstoff. Jeder dieser transportablen Behälter fasst rund 300 kg. Pro Tag kann die Anlage bis zu 500 kg Wasserstoff erzeugen. damit könnten täglich mehr als 1.000 Brennstoffzellen-Pkw fahren.

Kosten der Elektrolyseure für die Industrie reduzieren

Auch das an die kommerzielle Anlage angedockte Forschungsvorhaben verläuft erfolgreich. In einer Forschungsanlage erproben die Wissenschaftler im Parallelbetrieb zur kommerziellen Anlage verbesserte Elektrolyseblöcke mit maximal 300 kW Leistung. Sie sollen den Wasserstoffpreis weiter senken. Aber auch Unternehmen können dort Komponenten testen und optimieren, um sie später auf ihre Produkte zu übertragen. Damit unterstützt das Projekt den Technologietransfer in die Wirtschaft. Im vergangenen Jahr schafften das ZSW und seine Forschungspartner bereits während des Testbetriebs der Anlage einen ersten Erfolg: mit neuen Elektrodenbeschichtungen erreichten die Forscher 20 % mehr Leistungsdichte verglichen mit den Elektrolyseblöcken des industriellen Anlagenteils. Das bedeutet: Für die gleiche Leistung sind weniger Rauminhalt und Material erforderlich.

Da sich die Investitionskosten auch am Bauvolumen orientieren und die Elektrolyseblöcke mit rund 40 % 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 daher ein wichtiger Faktor zur weiteren Kostensenkung. Langfristiges Ziel der ZSW-Forscher und Energiedienst-Ingenieure ist es, die heutigen Produktionskosten von strombasiertem Wasserstoff in etwa zu halbieren.

Partner und Förderer

Zwölf Partner sind bei dem Projekt mit an Bord, vier davon aus der Forschung: neben dem ZSW das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Hinzu kommen acht assoziierte Industriepartner: die Energiedienst AG, die Daimler-Tochter NuCellSys, der Zweckverband RBB Böblingen, die Stadtwerke Sindelfingen, der Fernleitungsnetzbetreiber terranets bw, der Elektrolyseur-Hersteller McPhy Deutschland, der Membranproduzent und Anlagenbauer Fumatech BWT sowie die Landesagentur für neue Mobilitätslösungen und Automotive Baden-Württemberg (e-mobil bw).

Das Land Baden-Württemberg fördert das Leuchtturmprojekt insgesamt mit 4,5 Mio. Euro. Im Jahr 2019 wurde ein darauf aufbauendes Vorhaben vom Bundeswirtschaftsministerium im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Reallabore der Energiewende“ zu einem der Gewinner der ersten Ausschreibungsrunde gekürt.

Weitere Informationen: www.ptg-bw.de.