Wasserstoff aus Ökostrom kann den Anteil erneuerbarer Energien erhöhen. Die Erzeugung des grünen Gases ist jedoch teuer. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat nun zusammen mit Partnern in einer Forschungsplattform erfolgreich einen Beitrag zur Kostensenkung erprobt: Mit einem Forschungselektrolyseur an einer kommerziellen Power-to-Gasanlage wurde aufgrund neuer Elektrodenbeschichtungen 20 Prozent mehr Leistungsdichte als der industrielle Anlagenteil erreicht.
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Für die Energiewende müssen Erneuerbare Energien auch in der Nacht und im Winter verfügbar sein. Wasserstoff kann dies leisten, wenn er mit Ökostrom hergestellt wird, wenn dieser im Überfluss zur Verfügung steht. Erzeugt wird Wasserstoff in Elektrolyseanlagen: Dort wird mit Hilfe von Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Noch ist der Herstellungsprozess aber zu teuer für einen konkurrenzfähigen Preis. Um die Kosten zu senken, haben die ZSW-Forscher mit ihren Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft kürzlich eine Forschungsplattform an der industriellen 1-Megawatt-Anlage am Hochrhein errichtet. Der Fokus liegt auf der klimafreundlichen Mobilität.
«Die beteiligten Unternehmen und Institute können in der Forschungsanlage Komponenten in einer Realumgebung testen und optimieren», sagt Dr. Michael Specht, Leiter des ZSW-Fachgebiets Regenerative Energieträger und Verfahren. «Seit Januar erproben wir beispielsweise eine optimierte alkalische Druck-Elektrolyseanlage mit maximal 300 Kilowatt Leistung unter realen Bedingungen. Sie verfügt über neu entwickelte günstigere Elektroden und ist einfacher konstruiert.» Künftig wollen die Beteiligten unter anderem auch Verdichter, Gleichrichter und Druckbehälter hinsichtlich ihrer Kosten- und Effizienzpotentialen analysieren.
Das Ergebnis der ersten Probeläufe des Forschungselektrolyseurs ist erfreulich: Die Projektpartner ZSW und DLR erreichten durch neue Elektrodenbeschichtungen eine Steigerung der Leistungsdichte um 20 Prozent. Das bedeutet: Die Anlage erzeugt bei gleichem Bauvolumen und Energieverbrauch ein Fünftel mehr Wasserstoff als die Industrieanlage. Für die gleiche Leistung sind also weniger Rauminhalt und Material erforderlich. Die Dauerhaltbarkeit der weiterentwickelten Elektrodenbeschichtung müssen die Forscher jedoch noch nachweisen.
Wasserstoffanlagen schneller in den Markt bringen
Da sich die Investitionskosten von Elektrolyseuren auch am Bauvolumen orientieren und sie mit rund 40 Prozent den größten Kostenanteil bei der Umwandlung des erneuerbaren Stroms ausmachen, schlagen sich Fortschritte auf diesem Gebiet automatisch auf den Wasserstoffpreis nieder. Für Hersteller von Elektrolyseanlagen ist die Entwicklung ein wichtiger Faktor zur weiteren Kostensenkung. Das wiederum könnte die Etablierung der Technologie beschleunigen.
Das Forschungsvorhaben läuft im Rahmen des Leuchtturmprojekts Power-to-Gas Baden-Württemberg, das im November 2018 eingeweiht wurde. Im südbadischen Wyhlen will der Energieversorger Energiedienst AG eine Elektrolyseanlage zur Erzeugung von Wasserstoff im Industriemaßstab betreiben. Der Testbetrieb der kommerziellen Anlage läuft bereits seit November 2018. Pro Tag kann die Anlage rund eine halbe Tonne Wasserstoff erzeugen. Daran angeschlossen ist die Forschungsanlage der ZSW-Wissenschaftler. Der Einsatz erfolgt unter realen Bedingungen: Der Strom für beide Anlagen kommt aus dem benachbarten Wasserkraftwerk am Rhein. Nach der Umwandlung wird der Wasserstoff aus den getrennten Elektrolyse-Einheiten zusammengeführt und per Lkw an den Nutzungsort transportiert.
Monitoring erfolgreich gestartet
Das vom ZSW koordinierte Gesamtvorhaben beinhaltet auch ein Monitoring beider Anlagen inklusive Livedaten-Überwachung. Im Januar ist es gestartet: Bis Ende des Jahres werden die Forscher die Daten von rund 4000 Betriebsstunden untersucht haben.