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Bezahlbarer Wasserstoff
2 H2O O2 + H2
Nachgefragt: Was ist ein Elektrolyseur?
Wer Wasserstoff als Energiequelle nutzen will, braucht Elektrolyseure. Denn Wasserstoff ist auf der Erde zwar reichlich vorhanden, aber sehr reaktionsfreudig und daher in Molekülen gebunden, in Wasser (H2O) zum Beispiel. Elektrolyseure spalten Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) auf. Brennstoffzellen können den Wasserstoff in elektrischen Strom umwandeln, der dann Motoren antreibt, und in Wärme, die genutzt werden kann. Oder der Wasserstoff wird in Hochöfen direkt verbrannt.
Bezahlbarer Wasserstoff
H-BRS an zwei großen nationalen Forschungsprojekten beteiligt
Für die Umsetzung der Energiewende braucht es eine effiziente grüne Wasserstoffwirtschaft, und der Energieträger muss günstiger in der Herstellung werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert deshalb die Wasserstoffforschung mit 700 Millionen Euro. An zwei von drei Wasserstoff-Leitprojekten – der Serienfertigung von Elektrolyseuren (siehe Kasten) und der Entwicklung einer Wasserstoff-Transportinfrastruktur – ist die H-BRS beteiligt.
Zukunftsfähige Netzinfrastruktur
TransHyDE-Sys-MechaMod heißt eines der beiden Vorhaben. Projektleiterin Professorin Tanja Clees erläutert den sperrigen Titel: „Bei TransHyDE geht es darum, wie Wasserstoff transportiert werden kann. Die Zusätze ‚Sys‘ und ‚MechaMod‘ beziehen sich auf unsere Forschungsschwerpunkte: Wir analysieren mit den über 20 Projektpartnern das Transportsystem in Gänze und modellieren im H-BRS-Projekt die im Pipelinenetz notwendigen mechatronischen Komponenten.“ Dabei betrachtet MechaMod im Wesentlichen Gasnetze, welche von Erdgas auf Wasserstoff umgestellt werden sollen.
Diese Umstellung will Professorin Clees durch Simulationsmodelle unterstützen: „Damit Wasserstoff von A nach B kommt, braucht es mehr als nur Rohre. Wir fokussieren uns zum Beispiel auf die Simulation großer Elektrolyseure, die Wasser in seine Grundkomponenten Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen und den Wasserstoff somit in die Netze bringen. Wir analysieren auch Abwärme der verschiedenen Anlagen sowie Auswirkungen der lokalen Wasserstoffqualität.“ In ihren Simulationsmodellen skaliert die Netzexpertin die Komponenten auf Größenordnungen von bis zu (mehreren) 100 Megawatt, wie sie perspektivisch für die Umsetzung der Energiewende nötig sind.
Neue Generation von Elektrolyse-Stromrichtern
Diese Zukunftsaufgabe ist nur umsetzbar, wenn auch die Wasserstoffgewinnung effizienter wird. Hier setzt das von Professor Marco Jung geleitete Teilprojekt HyLeiT an. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, der SMA Solar Technology AG, der Infineon Technologies AG und der TU Dresden forscht er zu effizienten und netzdienlichen Elektrolyse-Stromrichtern, die den für die Elektrolyse benötigten Gleichstrom erzeugen. „Wir wollen die Gleichrichtertechnik der Zukunft bauen“, erklärt der Experte für Leistungselektronik. Hierfür braucht es technische Verbesserungen. Ferner müssen Gleichrichter für Elektrolyseure zukünftig deutlich leistungsfähiger und kostengünstiger werden: „Damit grüner Wasserstoff konkurrenzfähig im Vergleich zu konventionellen Energieträgern wird, müssen wir die Kosten der Systemtechnik gegenüber dem Stand der Technik stark reduzieren – das ist ein wichtiger Teil unseres Forschungsprojekts“, erläutert Jung.
