grüne Gase

Neue Wasserstoff-Technologien für die Energiewende

Ulrike Schröder

Aufbauend auf nationalen und internationalen Patenten entwickelt ein Team um Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz, Professor für Elektrische Energiesysteme an der Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr in Hamburg, neuartige Wasserstofftechnologien der nächsten Generation.

An der Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr in Hamburg wird ein Forschungsprojekt zur Entwicklung neuartiger Wasserstofftechnologien gestartet. Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund 2,2 Millionen Euro geförderten Projekts ist u. a. die Effizienzsteigerung der Power-to-Gas-Technologie durch die Entwicklung einer bereits innerhalb des Elektrolyseurs ablaufenden Methanisierung.

In einem ersten Teilprojekt wird das Team um Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulz neue Steuerverfahren an Membranen von sogenannten PEM-Brennstoffzellsystemen (PEM steht für Polymerelektrolyt) realisieren. PEM-Brennstoffzellen sind eigentlich sehr gut und in hoher Stückzahl produzierbar. Sie reagieren auch relativ schnell auf dynamische Laständerungen, unterliegen dabei aber Spannungs- und Leistungseinbrüchen im Bereich mehrerer Sekunden, die derzeit über zusätzliche Batterien aufgefangen werden. Das erzeugt nicht nur Zusatzkosten, sondern bedeutet auch einen erhöhten Platzbedarf und mehr Gewicht – ein Nachteil, z. B. beim Einsatz im ÖPNV.

Indem in die Membran sogenannte Steuergitter eingebracht werden, wollen die Forscher die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen und Spannungs- und Leistungseinbrüchen gezielt entgegenwirken. So würden nicht nur die Lebensdauer und Versorgungssicherheit der PEM-Brennstoffzellen verlängert, sondern die Zellen könnten zudem sehr viel kleiner geraten. Dies kann der bisher eher zögerlichen stationären, aber auch mobilen Marktdurchsetzung derartiger Systeme entgegenwirken.

In einem zweiten Teilprojekt geht es um die Langzeitspeicherung von Strom aus Wind und Sonne mittels Power-to-Gas. Derzeit wird der mittels Elektrolyse erzeugte Wasserstoff entweder direkt in die Erdgasleitung eingespeist oder in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt in Methan umgewandelt, wobei spürbare Wirkungsgradverluste auftreten.

„Würde der Wasserstoff intern im Gasauslasskanal des Elektrolyseurs umgewandelt, also methanisiert, könnte der in das Erdgasnetz einspeisbare Anteil an erneuerbaren Energien wesentlich erhöht werden, was nebenbei die Temperatursynergien besser nutzt und die Prozesseffizienz steigert. Das ist technisch sehr anspruchsvoll, aber wir haben schon einige Ideen, wie es gelingen kann“, so Schulz. Auf den Prototypen der High efficiency fuel cell mit integriertem Wasserstoffspeicher im Gasauslasskanal hält Detlef Schulz bereits seit 2013 ein Patent. Gelingt das Projekt, könnten in Zukunft kleine dezentrale Methanisierungsanlagen gebaut und die bisher sehr großen Anlagen ersetzt werden.

Beide Teilprojekte wird Detlef Schulz in den kommenden drei Jahren mit drei Mitarbeitern und in Kooperation mit der Altran Deutschland S.A.S. & Co. KG im universitätseigenen Brennstoffzellenlabor durch- und am Ende zusammenführen. „Ihre Umsetzung bedeutet einen großen Schritt für die Einsatzfähigkeit von Wasserstofftechnologien in elektrischen Energiesystemen. Wasserstoff hat als Energieträger enormes Potenzial. Deshalb forschen wir weiter an derartigen Technologien“, so Schulz.