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Foto: HUSUM Wind
Wasserstoff  gehört zu den wesentlichen Elementen einer CO2-freien Zukunft.

Brennstoffzelle

Wasserstoff – Testbetrieb bei Minusgraden

Wasserstoff gehört nicht ohne Grund zu den Trendthemen der Energiewende – er bewegt schwere Fahrzeuge und eignet sich als Langzeitspeicher.

Der Schwerpunkt der diesjährigen Husum Wind vom 14. bis 17. September nimmt das derzeit wichtigste Trendthema in der Windwirtschaft und der Industrie in den Fokus: Windwasserstoff. In Europa und Großbritannien entwickelt sich eine dynamisch wachsende Wasserstoffwirtschaft; Windenergie, und hier besonders Offshore-Wind, ist dafür der zentrale Treiber. Matthias Zelinger, Geschäftsführer VDMA Power Systems und Leiter des Competence Center Klima und Energie im VDMA erklärt dazu, klimaneutrale Industrie brauche die Windenergie.  Für das Thema Offshore und grüner Wasserstoff wird es dieses Jahr daher einen eigenen neuen Ausstellungsbereich auf der Husum Wind geben, in dem in- und ausländische Aussteller aus europäischen Kernmärkten innovative Technologien und Produkte für den boomenden Markt präsentieren.

Tatsächlich entstehen derzeit überall in Deutschland neue Forschungseinrichtungen und Produktionsstätten für grünen Wasserstoff.  So hat sich ein neues Leistungszentrum in Hessen unter Federführung der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS und dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF zum Ziel gesetzt, grüne Materiallösungen für die Wasserstoffwirtschaft zu entwickeln und die Zuverlässigkeit von Wasserstoff-beaufschlagten Systemen sicherzustellen. Für die Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff werde eine Vielzahl von Elementen, Materialien und Systemen benötigt, die hinsichtlich ihrer Lebensdauer und Kritikalität eingehend zu untersuchen sind und Raum für Optimierung sowie Substitution bieten. Innerhalb des Leistungszentrums werden daher die eingesetzten Materialien einerseits hinsichtlich ihres ökologischen Fußabdrucks und ihrer Eignung bewertet sowie andererseits deren Integration und Nutzung in effizienten und leistungsfähigen Systemen ermöglicht. Dabei sollen nachhaltige Alternativen für eingesetzte Materialien gefunden und deren Anwendung in Produktlösungen sichergestellt werden. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus von Produkten und Systemen einer Wasserstoffökonomie betrachtet, von der Erzeugung, über Speicherung und Transport, bis hin zur Nutzung und Wiederverwertung. Neben den eingesetzten Materialien werden Komponenten und Systeme hinsichtlich deren Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit analysiert sowie neue Recycling- und Circular-Economy-Konzepte entwickelt. So wird die Wasserstoffwirtschaft nicht nur nachhaltiger und geopolitisch unabhängiger, sondern auch effizienter und sicherer.

Überschüssige Energie speichern

Wasserstoff selbst eignet sich gut, um Produktionsspitzen bei den erneuerbaren Energien aufzufangen und überschüssige Energie zu speichern. Jedoch kann der Wasserstoff nicht immer dort eingesetzt werden, wo er erzeugt wird. Im Rahmen des Leistungszentrums erarbeiten die Forschenden daher verschiedene Möglichkeiten, Speichersysteme und deren Peripherie hinsichtlich der Betriebsfestigkeit sowie Nachhaltigkeit zu optimieren. Dies erfolgt etwa für Hochdrucktanks, Feststoffspeicher, in technischen Systemen im Rahmen der Wasserstoffverflüssigung und für Leitungssysteme mit speziellen Anforderungen an die Korrosionsfestigkeit unter zusätzlicher schwingender Beanspruchung. 

Das EU-Projekt Hystoc ist schon über die Forschung hinaus und in der Testphase. Trotz der pandemiebedingten Hürden hat das 2018 gestartete und in Finnland realisierte EU-Projekt wichtige Schritte in der erfolgreichen Zusammenarbeit mit den finnischen, niederländischen und deutschen Partnern erreicht: Das Liquid Organic Hydrogen Carrier-Anlagensystem des deutschen Marktführers Hydrogenious LOHC Technologies zur Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff aus dem flüssigen Trägermedium ist bei lokalen zweistelligen Minusgraden problemlos in Betrieb gegangen. Nun betreibt das beteiligte finnische Forschungsinstitut VTT in Espoo die Wasserstofffreisetzungsanlage und analysiert die Qualität des freigesetzten Wasserstoffs über einen Zeitraum von mindestens sechs Monaten. Der Wasserstoff soll sehr strenge Reinheitsanforderungen erfüllen, um für Brennstoffzellenfahrzeugen einsetzbar zu sein. Danach steht der Installation der sogenannten Release Box an ihrem endgültigen Bestimmungsort, einer öffentlichen Wasserstofftankstelle, aus technischer Sicht nichts mehr im Wege. Ziel des Projekts ist es, in Finnland eine effiziente Wasserstoffwertschöpfungskette von der Produktion (Standort Kokkola, Partnerunternehmen Oy Woikoski AB) bis zur Nutzung im Mobilitätssektor über eine Wasserstofftankstelle aufzubauen und zu erproben. Die Technologie der deutschen Hydrogenious LOHC Technologies GmbH und die darauf basierenden Anlagensysteme (Storage Box/Relase Box) sind die verbindende Komponente. Durch die Anbindung des Wasserstoffs an das flüssige Trägermaterial ermöglicht das Erlanger Unternehmen, den Wasserstoff mit herkömmlicher Logistik für flüssige Kraftstoffe bei Umgebungsbedingungen einfach und sicher zu jedem Verbraucher zu transportieren und dort aus dem Träger freizusetzen. Mit der so genannten Druckwechseladsorption (PSA) des Projektpartners Hygear wird der aus dem LOHC freigesetzte Wasserstoff auf Wasserstoff-Kraftstoff-Niveau gereinigt, sodass er für eine Betankung von PKW oder LKW mit Brennstoffzellenmotoren zugelassen werden kann.  Die im März 2020 ausgelieferte Storage Box von Hydrogenious LOHC wurde am Wasserstoffproduktionsstandort von Woikoski in Kokkola erfolgreich in Betrieb genommen – trotz der örtlichen -23 Grad Celsius. Die Storage Box im Projekt kann pro Tag rund 22 Kilogramm Wasserstoff einspeichern, gebunden an circa 480 Liter des Trägermediums. Die volumenmäßig entsprechende Release Box, welche im November 2020 an die VTT-Testanlage Bioruukki in Espoo geliefert wurde, ging ebenfalls in Betrieb. Damit hat nun eine zentrale Phase des Projekts begonnen: Die Release Box wird in Espoo über 2.000 Stunden betrieben und die Qualität des freigesetzten Wasserstoffs wird wissenschaftlich analysiert. Denn für die Verwendung in Brennstoffzellen muss eine Wasserstoffreinheit nach ISO 14687:2-2019 sichergestellt sein.

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Foto: Hydrogenious LOHC Betrieb der Wasserstoff-Produktionsanlage bei Minusgraden
Foto: STEAG - Frank Krueger-Boesing STUDIO9

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