Wasserstoff-Speicher als Wegbereiter für die Energiewende

Mit dem Ausbau Erneuerbarer Energien ist es nicht getan. Wind- und Sonnenstrom sind starken Schwankungen unterworfen. Der Umbau des Energiesystems ist daher nur mit geeigneten Speichertechnologien denkbar. Wasserstoff ist hierfür in besonderer Weise geeignet. Er besitzt eine hohe Energiedichte, lässt sich gut lagern und durch Brennstoffzellen effizient rückverstromen. Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler präsentieren auf der f-cell aktuelle Lösungen zur Energiespeicherung mit Wasserstoff, unter anderem neuartige Elektrolyseure, die es ermöglichen, den Energieträger mithilfe von überschüssiger regenerativer Energie herzustellen.

Flexible Elektrolyseure nutzen "grünen" Strom

Die Gewinnung von Wasserstoff mit elektrischem Strom – die Aufspaltung von Wasser durch Elektrolyse – ist seit beinahe 200 Jahren bekannt. Doch klassische alkalische Elektrolyseure sind für einen relativ konstanten Lastbereich ausgelegt. Strom- und Windkraft fluktuieren dagegen stark. Die Netze können den erzeugten Strom in Spitzenzeiten nicht immer aufnehmen. Um die überschüssige Energie zu verwerten, bieten sich spezielle Elektrolyseure an, die schnell reagieren und über einen großen Lastbereich effizient arbeiten. Jülicher Wissenschaftler erforschen dazu einen neuen Typ, auch als PEM-Elektrolyseur bezeichnet, mit einer sogenannten protonenleitenden Membran, der durch seinen einfachen Aufbau besticht. Im Labormaßstab konnten sie den Edelmetallgehalt, einer der wichtigsten Kostenfaktoren, bereits auf einen Bruchteil der üblichen Menge senken. Aktuell arbeiten sie nun daran, ihren Ansatz auf ein Testsystem mit einer Leistung von über 100 kW auszuweiten, mit dem Untersuchungen und Bewertungen in einem energiewirtschaftlich relevanten Rahmen möglich sind.

Brennstoffzellen elektrifizieren Diesel-Trucks

Brennstoffzellen zielen eigentlich auf die Umwandlung von Wasserstoff ab. Doch auch LKWs, die mit Diesel betrieben werden, könnten davon profitieren. Jülicher Wissenschaftler arbeiten an neuen Brennstoffzellen-Systemen für die Stromerzeugung an Bord der Fahrzeuge. Dies bringt insbesondere in den Standpausen Vorteile mit sich, in denen sich die Elektrizitätsversorgung, beispielsweise für die Kühlung, auch ohne laufenden Motor sicherstellen lässt. Auch andere Anwendungen sind denkbar, etwa die umweltfreundliche Versorgung von Flugzeugen während des Beladens am Flughafen. Ein 5-kW-Testsystem mit Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC), die bei einer Temperatur von 160 bis 180 Grad Celsius arbeiten, haben die Forscher unlängst erfolgreich mit unterschiedlichen Treibstoffsorten – darunter auch handelsüblicher Diesel und Kerosin – über 200 Betriebsstunden betrieben. In einem vorgeschalteten Reformer wurden die Treibstoffe dabei vorab in ihre gasförmigen Bestandteile zerlegt.

Energiepfade auf dem Prüfstand

Wie sich die künftige Energieversorgung wirtschaftlich sinnvoll und zugleich umweltfreundlich gestalten lässt, liegt nicht auf der Hand. In der Initiative "Energiesystem 2050" der Helmholtz Gemeinschaft erforschen Wissenschaftler am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3) gemeinsam mit Forschern anderer Helmholtz-Zentren unterschiedliche Energie- und Rohstoffpfade mit Wasserstoff. Eingesetzt im Straßenverkehr und in der Industrie, könnten Technologien mit Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag zum angestrebten Klimaschutz-Ziel leisten, den Ausstoß an Treibhausgasen bis 2050 um 80 Prozent zu senken. In dem fünfjährigen Projekt wollen die Forscher die besten Strategien und Konzepte zum Aufbau einer neuen Wasserstoff-Versorgungsinfrastruktur identifizieren und daraus Handlungsempfehlungen für Wirtschaft und Politik ableiten.