Grüner Wasserstoff kann die deutsche Wirtschaft zukunftsfest machen. Neben Importen braucht es kostengünstige heimische Elektrolyseure. Diese können aus grünem Strom Wasserstoff erzeugen. Und die Nebenprodukte Sauerstoff und Wärme wirtschaftlich nutzen. Die Versuchsanlage LA-SeVe ist für diesen Zweck im Projekt IntegrH2ate als Teil des Wasserstoff-Leitprojekts H2Giga entstanden. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt.

Stimmen auf der Einweihung zum Projekt IntegrH2ate

„Wasserstoff wird der entscheidende Baustein sein, um auch die schwer zu dekarbonisierenden Industrien zukunftsfest aufzustellen. Chemie, Stahl und Schwerlastverkehr brauchen grünen Wasserstoff. Und dessen Erzeugung öffnet neue Wertschöpfung am Standort Deutschland“, erklärt Prof. Mario Ragwitz, Leiter des Fraunhofer IEG.

„Die Forschung sichert internationale Stärke und technologische Souveränität auf dem Gebiet der klimaneutralen Energieversorgung. Hier in Zittau ist die Forschung außerdem ein Baustein des Strukturwandels, der traditionelle Kompetenzen weiterentwickelt und zur Gestaltung der Zukunft einsetzt. Das Fraunhofer IEG und alle Beteiligten an der neuartigen Laboranlage, die mein Haus im Rahmen des Vorhabens IntegrH2ate fördert, zeigen hier in Zittau, wie Forschung an Wasserstofftechnologien ganz praktisch einsetzbar wird und zum Strukturwandel beitragen kann“, so die Bundesministerin für Forschung, Technologie und Raumfahrt Dorothee Bär.

„Das neue Zittauer Fraunhofer IEG kann bei unseren Stadtwerken und der Hochschule Zittau/Görlitz auf eine gewachsene und äußerst konstruktive Partnerschaft aufbauen. Genau so wird anwendungsnahe Forschung mit relevanten Erkenntnissen für die Energiewende ermöglicht, die in die Lausitz und darüber hinaus ausstrahlen“, freut sich Oberbürgermeister Thomas Zenker.

„Das ist eine gute Nachricht für das Projekt IntegrH2ate und das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga“, ergänzt Thomas Emmert von Linde GmbH. Er ist auch Gesamtprojekt-Koordinator von IntegrH2ate. „Damit werden wir nachweisen, dass die Auskopplung und die effektive Nutzung des Elektrolyseproduktes Wärme die Wirtschaftlichkeit der Elektrolyse verbessert. Mittelfristig wird dies die Umsetzung von Elektrolyseprojekten mit Sektorenkopplung vorantreiben und den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft unterstützen.“

Was beinhaltet das Projekt IntegrH2ate?

Das Projekt IntegrH2ate untersucht die Kopplung zwischen PEM-Elektrolyse, Wärmepumpe und Wärmenetz. Die Abwärme aus der Elektrolyse wird durch die Wärmepumpe so aufgewertet, dass diese als Fernwärme im Versorgungsnetz der Stadt dienen kann.

Auch der Sauerstoff aus der Elektrolyse ist bei entsprechender Reinheit eine gefragte Handelsware. Die nun erstellte Versuchsanlage dient primär der Betriebsoptimierung des innovativen Anlagenkonzeptes. Gleiches gilt für die effiziente Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise. Je nachdem, ob der Fokus auf die Nutzung von grünem Überschussstrom, der Einsparung von fossilen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liegt, ändern sich Betriebsweise und Betriebsparameter.

Von der Theorie in die Praxis

Mit der Anlage in Zittau prüft das Projektteam nun in der Praxis die Konzepte der industriellen Sektorenkopplung, die es in den letzten Jahren entwickelt hat.

„ Mit unseren Versuchsanlagen schaffen wir eine Test-Infrastruktur, um industrienahe Prozesse zu testen und zu qualifizieren“, sagt Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG. „ Wir erproben im Technikums-Maßstab, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen.“  Zudem stelle die Versuchsanlage eine Plattform dar, um zukünftig industrienahe Prozesse für Hersteller:innen und Betreiber:innen zu testen sowie zu qualifizieren. Dazu gehöre beispielsweise die Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlestoffkreisläufe und Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff. Außerdem zählten Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse dazu, so Schneider weiter. 

Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membranen, kurz PEM, dienen in der Elektrolyse zur Trennung der beiden Elektroden und lassen nur gezielt Reaktionsprodukte hindurch. PEM-Elektrolyseure besitzen eine gute Teillastfähigkeit und gute Wirkungsgrade. Sie sind unempfindlich gegenüber Lastwechseln. Insofern eignen sie sich besonders für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen.

Details zur Projektanlage IntegrH2ate

Die „Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte“ (LA-SeVe) entstand mit einer Investition von 2,7 Millionen Euro auf dem Gelände der Stadtwerke Zittau. Der Elektrolyseur findet in einem Containerraum von rund 12 Meter Länge und 2,5 Meter Breite Platz. Er wird über eine Trafostation mit Strom versorgt.

Die Wärmepumpe hat eine Leistung von maximal 105 Kilowatt (thermisch). Zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik bekam sie eine 5 mal 5 Meter große Standfläche in einer Halle. Die Wärmepumpe ist über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden. Die Abwärme aus dem Forschungsbetrieb des Elektrolyseurs geht über sie in das städtische Fernwärmenetz.

Zum Fraunhofer IEG in Zittau und dem Projekt IntegrH2ate

Fraunhofer IEG in Zittau

Am Standort Zittau forscht Fraunhofer IEG mit Fokus auf Technologien zur effizienten Wandlung verschiedener Energieformen wie Strom und Wärme. »Weiterhin analysieren wir industrielle Prozesse sowie Umweltwärmequellen und konzeptionieren Lösungen zur Aufwertung und Einbindung dieser ungenutzten Wärmepotenziale im Gesamtprozess«, ergänzt Schneider, der auch den Standort Zittau des Fraunhofer IEG leitet.

Die Innovationen sollen zeigen, welche Rolle regenerative Wärmequellen in zukunftsfesten Wärmenetzen für Haushalte, Gewerbe und Industrie spielen. Es entstehen Verfahren zur effizienten Kopplung des Strom-, Gas- und Wärmesektors etwa durch die geeignete Nutzung der bei der Elektrolyse anfallenden Produkte oder durch sektorenübergreifenden Nutzungsszenarien von Elektrolyseuren in zentralen und dezentralen Anlagen und Systemen.

Projekt IntegrH2ate

Das Projekt IntegrH2ate ist Teil des Wasserstoff-Leitprojekts H2Giga und hat die effiziente Nutzung der Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der PEM-Elektrolyse zum Gegenstand. Bei der Wasserstoff-Elektrolyse mittels Protonenaustauschmembran (PEM) wird ungefähr ein Drittel der eingesetzten elektrischen Energie in Abwärme umgewandelt. Zudem bleibt der beim Elektrolyseprozess anfallende Sauerstoff meist ungenutzt.

Im Projekt IntegrH2ate untersuchen die Projektpartner:innen die Verwertung der Nebenprodukte der Wasserstoff-Elektrolyse: Wärme und Sauerstoff. Das Ziel der Untersuchungen im Technikumsmaßstab ist die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffproduktion mittels PEM-Elektrolyseuren.

Konsortialpartner:innen im Projekt »IntegrH2ate« sind die Linde GmbH und das Fraunhofer IEG am Standort Zittau. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt mit rund 10 Millionen Euro, das Fraunhofer IEG erhält dabei eine Fördersumme in Höhe von circa 4,2 Millionen Euro. Die Versuchsanlage LA-SeVe hat Pilotcharakter und ist ein Alleinstellungsmerkmal des Projektes.

Quelle: Fraunhofer IEG | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH