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„Grüner“ Wasserstoff stellt größere Einbindung erneuerbarer Energie in stabilere Netze in Aussicht

Die Elektrolyse, ein Verfahren zur Wasserspaltung unter Verwendung von Elektrizität, ist die nachhaltigste Methode, um den sauberen und erneuerbaren Kraftstoff Wasserstoff zu erhalten. Über EU-finanzierte Forschung wurde eine kostenmäßig wettbewerbsfähige Elektrolysetechnik entwickelt, die für das Stromnetz Hilfsleistungen erbringen kann, um dabei zu helfen, dass Wasserstoff wesentlich zur Energiewende beitragen kann.

Industrielle Technologien
Energie

Normalerweise wird Wasserstoff aus einem Verfahren namens Dampfreformierung gewonnen. Das Verfahren ist zwar kosteneffektiv, produziert jedoch keinen sauberen Wasserstoff, da Erdgas verwendet wird und Kohlendioxid sowie weitere Schadstoffe erzeugt werden. Ein Weg für die Wasserstofferzeugung ohne Verschmutzung ist die Elektrolyse, bei der Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Der erneuerbare Kraftstoff kann als potenzielles Speichermedium für elektrischen Strom dienen, das entweder als Kraftstoff für Fahrzeuge genutzt oder wieder in Strom umgewandelt werden kann.

Die Herausforderung im Umgang mit Sonnen- und Windschwankungen

Obwohl die Wind- und Sonnenenergie gemeinhin mit zu den aussichtsreichsten erneuerbaren Energietechnologien zählen, ist die Tatsache, dass diese nicht rund um die Uhr Energie erzeugen, zweifelsohne ein wesentlicher Nachteil. Die Verwendung von reinem Wasserstoffgas als Zwischenmedium entwickelt sich zu einer der sinnvollsten Lösungen, mit der die dringend erforderliche durchgängige Stromleistung, die gebraucht wird, um das Stromnetz im Gleichgewicht zu halten, erreicht werden kann. Wasserstoffgas kann zudem überschüssigen Ökostrom durch Wasserelektrolyse absorbieren, der solange wie nötig gespeichert und wieder in das Netz eingespeist wird. Durch die Verwendung von Wasser und Ökostrom, die durch eine Reihe von Solarmodulen oder Windturbinen erzeugt werden, spaltet ein alkalischer Elektrolyseur Wassermoleküle in ihre Bestandteile auf, sodass ein dynamisches Gleichgewicht im Stromnetz entsteht, mit dem der Stromverbrauch erhöht oder gesenkt werden kann.

Eine effiziente, kostenmäßig wettbewerbsfähige Alternative zu einer Wirtschaft mit geringen CO2-Emissionen

Das EU-finanzierte Projekt ELYntegration erforschte Technologien, die erforderlich sind, um die bestehenden Einschränkungen im Bereich großer Energiespeichersysteme zu überwinden. Gemeinsam entwickelten die Projektpartner aus verschiedenen Ländern Europas erfolgreich einen robusten und flexiblen alkalischen IHT-Elektrolyseurstapel, der pro Tag 4,5 metrische Tonnen Wasserstoff produzieren kann. Diese Art von Elektrolyseur zeichnet sich durch zwei Elektroden aus, die in einer flüssigen alkalischen Elektrolytlösung von Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid betrieben werden. „Der neu entwickelte robuste, effiziente und kostenmäßig wettbewerbsfähige Elektrolyseur sorgt für die Möglichkeit, dass die gesamte Installation Stromleistungen im Megawatt-Bereich für das Netz erbringen kann“, erklärt Projektkoordinatorin Vanesa Gil. Während der Konstruktionsphase dachten die Projektpartner über viele verschiedene Aspekte für eine erfolgreiche technologische Implementierung nach. Hierzu zählte unter anderem eine Bewertung des regulatorischen Rahmens für die Integration von Elektrolyseuren in das Stromnetz, die Untersuchung der aktuellen Energiepreise und die Ermittlung neuer Geschäftsmodelle und Anwendungsfälle, in denen Elektrolyseure von sehr geringen Strompreisen profitieren würden. „Ein weiterer wichtiger Erwägungsgrund war die Entwicklung und Implementierung einer Regelungs- und Kommunikationsanlage, die mit dem Netz und den erneuerbaren Technologien interagiert, damit das Angebot und die Nachfrage in Einklang gebracht werden können“, merkt Gil an. Im Zuge der Konstruktion der Megawattanlage erstellten die Projektpartner Modelle, um die Anlagenausgleichsleistung bei sehr dynamischen Bedingungen und variablen Lasten zu simulieren. Außerdem wurden neue Materialien, Elektroden und Membranen entwickelt und Montageverfahren verbessert. Die Membranen und Elektroden wurden ausgehend von progressiven Prüfungen auf verschiedenen Maßstabsebenen ausgewählt. Im Fokus stand die Verringerung eines Gasdurchgangs bei geringer Stromdichte bzw. einer Überspannung bei hoher Stromdichte. Darüber hinaus wurden neue Zelltopologien untersucht, um den Wirkungsgrad der Elektrolyse zu steigern. Die durch das ELYntegration-Projekt entwickelten Technologien können im Maßstab vergrößert werden, um den Marktanforderungen gerecht zu werden. „Die demonstrierten Verbesserungen in der alkalischen IHT-Elektrolyseur-Technologie bringen eine Flexibilität mit sich, die zum Erhalt der Stabilität von Stromnetzen beiträgt, sodass die vermehrte Nutzung erneuerbaren Stroms vereinfacht wird“, lautet das Fazit von Gil.

Schlüsselbegriffe

ELYntegration, Wasserstoff, Stromnetz, alkalischer Elektrolyseur, Elektrode, Stapel

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