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ENERGIE-EFFIZIENZ

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Fortsetzung von Seite 25 Heute werden Projekte mit elektrischen Leistungen mehrerer Megawatt (MW) realisiert. Noch größere Anlagen befinden sich in der Planung. In Deutschland laufen derzeit über 50 Projekte, in denen PtXTechnologien erforscht, weiterentwickelt und im Regelbetrieb eingesetzt werden. 35 Anlagen mit über 50 kW installierter Elektrolyseleistung, die sich entweder in Betrieb oder in Planung befinden, wurden von der LBST analysiert. Insgesamt fällt auf, dass die Anzahl der PtX-Projekte stark angestiegen ist. Die gesamte installierte elektrische Leistung der PtX-Anlagen beträgt derzeit 26 MW und hat sich seit 2014 mehr als verdoppelt. Die Mehrheit der Projekte setzt dabei sogenannte PEM-Elektrolyseure ein, die gegenüber der etablierten alkalischen Elektrolysetechnologie gewisse Vorteile im dynamischen Betrieb haben. Projekte mit Hochtemperaturelektrolyseuren, die vor allem in Verbindung mit Power-to-Liquids (PtL)-Verfahren diskutiert werden, sind insbesondere außerhalb Deutschlands geplant. Bemerkenswert für die deutschen Projekte ist die wachsende Fokussierung auf die Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff, ohne diesen in anderen Energieträger weiterzuverarbeiten. Dies ist auf die Zunahme entsprechender Anwendungen von grünem Wasserstoff beispielsweise als Rohstoff in Raffinerien oder als Kraftstoff im Verkehr zurückzuführen. Erzeugt wird der Wasserstoff, der später dann gegebenenfalls in andere Energieträger umgewandelt wird, in Elektrolyseanlagen:

Dort wird mithilfe von Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Mehr Leistung gleiches Bauvolumen Das Prinzip ist zwar altbekannt, aber noch ist der Herstellungsprozess zu teuer für einen konkurrenzfähigen Preis des grünen Gases. Um die Kosten zu senken, haben die Forscher am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) mit ihren Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft eine Forschungsplattform an der industriellen 1-Megawatt-Anlage am Hochrhein errichtet. „Die beteiligten Unternehmen und Institute können in der Forschungsanlage Komponenten in einer Realumgebung testen und optimieren“, erklärt 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 Effizienzpotenziale 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.

Kostensenkung bei Wasserstoffanlagen 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 also 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 begonnen 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.

Lösung funktioniert auch im Kleinen

Deutschlandweit sind über 50 PtG-Anlagen mit einer elektrischen Gesamtleistung von über 55 MW in Betrieb oder in Planung. Bild: LBST

JJuni 2019

Wie groß das Potenzial der Wasserstofftechnologie ist, zeigt ein ganz anderes Beispiel aus dem Gebäudebereich, nämlich ein energieautarkes Passivhaus in Zusmarshausen, gelegen im Westen von Augsburg. Das Passivhaus wird das ganze Jahr über mit Sonnenstrom versorgt. Er liefert nicht nur den Strom, sondern auch die Wärme und sogar die Energie für die Mobilität stammt aus der hauseigenen Energieproduktion. Das Haus demonstriert, dass eine CO2-freie Energieversorgung ohne Stromanschluss oder jegliche Energiezufuhr von außen möglich ist. Produziert wird der Strom mithilfe einer Fotovoltaikanlage auf dem Dach und an der Fassade des Hauses. Ein LithiumBatteriespeicher sowie ein Wasserstoffspeicher gleichen die Spitzen aus.

Entwicklung der PtX-Anlagenleistung mit mehr als 50 kW elektrischer Leistung, aufgeteilt nach Elektrolysetechnologien. Bild: LBST

Der im Sommer überschüssige Strom wird hier allerdings nicht, wie in den meisten anderen Fällen, ins Stromnetz geleitet, sondern eben in Wasserstoff umgewandelt. Dies geschieht in der Picea-Energiezentrale von HPS Home Power Solutions, einem Berliner Anbieter von Energielösungen für Einfamilienhäuser. Das HPS-System Picea ist dabei Energiespeicher, Heizungsunterstützung und Wohnraumbelüftung in einem. Auf Basis des eigenen Energiemanagements deckt es den Bedarf eines Einfamilienhauses an elektrischer Energie vollständig ab. Zusätzlich wird die entstandene Abwärme als Heizwärme dem Haus bereitgestellt und reduziert so die Heizkosten. Picea liefert dabei zu jeder Jahreszeit Energie und ermöglicht damit eine vollständige Selbstversorgung und Netzunabhängigkeit. Die an sonnenreichen Tagen mit einer Fotovoltaikanlage produzierte Energie kann entweder sofort verwendet werden oder sie wird in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert. Diese Energie ist nachts oder auch in der sonnenarmen Winterzeit wieder abrufbar. Die Brennstoffzelle des HPS-Systems verwandelt die in Wasserstoff gespeicherte Energie bei Bedarf wieder in elektrische Energie und Wärme. Installiert wurde die Lösung von der Firma Hörmann Solar in Zusmarshausen, die hierfür den Bundespreis für hervorragende innovatorische Leistung für das

Handwerk erhalten hat. Rita Hörmann, Geschäftsführerin der Hörmann Solar, die dieses Haus selber bewohnt, erklärt: „Das energieautarke Haus in Zusmarshausen ist für unseren Fachbetrieb für Solartechnik immer eine große Vision und Ansporn gewesen. HPS stellt mit seinem Picea-System das technologische Herzstück unserer Autarkielösung. Picea sichert die CO2-freie Energieversorgung, indem es den an Sonnentagen solar gewonnenen Hausstrom in Wasserstoff speichert, diesen in der Nacht und im Winter verfügbar macht, den Haushaltsstrom zur Verfügung stellt und gleichzeitig die Heizung unterstützt.“ Ein weiteres autarkes Haus auf Basis der autarken Energieversorgung mithilfe des PiceaSystems wurde in der Vergangenheit bereits im Sauerland von der Firma Weber Haus realisiert. HPS Home Power Solutions kommuniziert für das Picea-System inklusive der Wasserstoffspeicher einen Nettopreis von 54.000 Euro. Hinzu kommen die Kosten für eine entsprechend leistungsfähige PV-Anlage, wobei diverse KFW-Förderungen genutzt werden können. www.powertogas.info www.zsw-bw.de www.lbst.de www.netinform.de/H2 www.H2stations.org www.H2mobility.org www.homepowersolutions.de www.hoermann-solar.de www.weberhaus.de

HPS Home Power Solutions hat ein System entwickelt, das zu 100 Prozent unabhängige, elektrische Energie erzeugt, speichert und bei Bedarf zur Verfügung stellt - das HPS-System Picea. Es wurde bereits in mehreren Häusern, wie hier in einem Haus von Weber, das im Sauerland steht, eingebaut. Zeyad Abul-Ella, Geschäftsführer und Gründer von HPS, betont: „Wir garantieren unseren Kunden, dass ihre Energie zu 100 Prozent aus der eigenen Anlage stammt und sie ihren Bedarf an sauberer elektrischer Energie im Einfamilienhaus aus Selbstversorgung vollständig decken können.“ Bild: HPS, Philipp Boegele

B&I Die Industrie-Zeitung, Ausgabe 3, Juni 2019  

BETRIEBSTECHNIK & INSTANDHALTUNG Die branchenübergreifende Zeitung für Produktions- und Produktivitätsverantwortliche in der Industrie. Mit...

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