Wasserstoff-Technologie des For­schungs­zen­trums Jülich

Energiesystem der Zukunft mit Wasserstoff-Speicher (Bild: FZ Jülich)

Energiesystem der Zukunft mit Wasserstoff-Speicher (Bild: FZ Jülich)

Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle im Energiesystem der Zukunft, das zum Großteil auf erneuerbaren Energien basieren soll. Jülicher Wissenschaftler stellen ab heute auf der Hannover Messe grundlegende Komponenten für die Herstellung und Nutzung des vielseitig verwendbaren Energieträgers vor. In Halle 27, Stand D68 informieren sie über Fortschritte bei der Entwicklung von PEM-Elektroly­seuren, die speziell auf den Betrieb mit überschüssigem Ökostrom zuge­schnitten sind.

Die Energiewende erfordert Technologien, mit denen sich die Schwankungen von Wind- und Sonnen­strom abfedern lassen. Für die Überbrückung längerer Zeiträume bietet sich vorrangig Wasserstoff an: der universell einsetzbare Energie­träger kann etwa in Salz­kavernen für die spätere Rückver­stromung zwischen­gelagert werden, in ein taug­liches Gasnetz eingespeist oder zu flüssigen Kraft­stoffen weiter­ver­arbeitet werden. Fahrzeuge, die mit entspre­chenden Brennstoff­zellen ausge­stattet sind, können Wasserstoff auch direkt als Treib­stoff nutzen.

Ein vielversprechendes Elektrolyseverfahren, das Wissenschaftler des Forschungszentrums derzeit erarbeiten, soll es künftig ermöglichen, Wasserstoff mit „grünem“ Strom in großen Mengen herzustellen. Der Strom aus Windkraft- und Solaranlagen schwankt sehr stark. Um das Auftreten von Netzstörungen zu vermeiden, werden zusätzliche Einrich­tungen benötigt, die schnell auf die sprunghaften Schwan­kungen reagieren können. „PEM-Elektro­lyseure arbeiten in einem weiteren Last­bereich als klassische alkalische Verfahren. Sie haben eine höhere Leistungs­dichte und benötigen keine bedenk­lichen Chemikalien. Aus diesen Gründen eignen sie sich besonders für den Betrieb mit überschüs­sigem Ökostrom“, erläutert Bernd Emonts vom Institut für Energie und Klima­forschung, Elektro­chemische Verfahrens­technik.

Bei dem Verfahren wird Wasser an zwei Katalysator-belegten Elektroden, die durch eine protonenleitende Membran (PEM) getrennt sind, in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die PEM-Elektro­lysezelle ist also praktisch eine umgekehrt betriebene Brenn­stoff­zelle. Für den wirtschaft­lichen Einsatz ab 2030 besteht allerdings noch Verbes­serungs­bedarf: in erster Linie die Reduktion der üblicher­weise als Katalysator­material verwendeten Platin­gruppen­metalle, welche die Kosten in die Höhe treiben. Zudem gilt es, stabilere Membran­typen für Groß­systeme zu entwickeln.

Neben den materialwissenschaftlichen Grundlagen haben die Forscher bereits die nächsten Schritte im Blick, um das Verfahren in die groß­technische Anwendung zu überführen. Im Projekt HYPOS planen sie gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie eine Pilot­anlage, mit der die Produktion, Speiche­rung und der Transport von „grünem“ Wasser­stoff in direkter Anbindung an eine Wind­kraft­anlage getestet werden soll. Darüber hinaus erforschen sie im Energy Lab 2.0 gemeinsam mit dem feder­führenden Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt (DLR), wie gut sich Wasser­stoff als Energie­speicher in das künftige Energie­system einbinden lässt.

Am Gemeinschaftsstand „Hydrogen + Fuel Cells + Batteries“ können Interes­sierte mehr über den aktuellen Stand der Forschung erfahren: nicht nur zur PEM-Elektrolyse sondern auch zur Entwicklung von Brenn­stoff­zellen, die mit Wasser­stoff und auch anderen Kraft­stoffen hocheffizient Energie für unter­schied­liche Anwendungen liefern können. (Quelle: FZJ)

Links: Hannover Messe, 13.-17. April 2015 • Gemein­schafts­stand „Hydrogen + Fuel Cells + Batteries“Institut für Energie und Klimaforschung, Elektro­chemische Verfahrens­technik, Forschungs­zentrum Jülich

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