Ein Schlüsselelement eines zukünftigen Energiesystems ist Wasserstoff, der aus erneuerbar erzeugter elektrischer Energie hergestellt wird. Dieser Wasserstoff kann gasförmig gespeichert oder aber noch weiter umgewandelt werden, ehe er als Rohstoff oder Energieträger genutzt wird.

Eine wichtige Forschungsfrage liegt darin, wie man möglichst viel Wasserstoff mit der via Photovoltaik oder Wind produzierten elektrischen Energie erzeugen kann. Hier konnten in den letzten Jahren deutliche Fortschritte, gegenüber kommerziell erhältlichen System erzielt werden, diese wurden aber fast ausschließlich im Labormaßstab nachgewiesen. Im Rahmen des Living Lab Projektes wird nun vom IEK-14 ein Zellstapel (Stack) mit einer Leistung von 400 kW aufgebaut, der besonders leistungsstark und effizient ist. Dazu wurden neue Herstellungsverfahren am Forschungszentrum erarbeitet und in den technischen Maßstab skaliert und derzeit erfolgen die Tests der so hergestellten Komponenten der nächsten Generation.

Aufbau von Test-Stacks, zur Erprobung des neuen Konzeptes – Drucktest (Forschungszentrum Jülich, W. Zwaygardt)

Der Zellstapel wird bei einer Temperatur von 80 °C betrieben und basiert auf der Polymerelektrolyt-Membrantechnik (PEM). Dabei kommen sehr dünne Membranen (ca. 50 µm) zum Einsatz, die an die Qualität der Elektroden und die gesamte Stackmechanik hohe Anforderungen stellen, die nur mit modernsten Herstelltechnologien erzielt werden können. Im Betrieb muss eine Beschädigung der Membran auch bei hohen Betriebsdrücken vermieden werden und eine homogene Qualität und gute Anbindung der wasserstoff- und sauerstofferzeugenden Elektroden erreicht werden. Die Lösungsansätze für die genannten Herausforderungen wurden in den letzten Jahren in zahlreichen wissenschaftlichen Projekten am Forschungszentrum erarbeitet und werden nun in den technisch relevanten Maßstab überführt.

Der neuartige Stack soll dann in eine derzeit im Aufbau befindliche Testplattform integriert werden. Dazu wurde ein neues Gebäude am IEK-14 errichtet, das derzeit mit der für den Betrieb notwendigen technischen Gebäudeausrüstung bestückt wird. Im Anschluss daran ist in den kommenden Monaten die Integration der verfahrenstechnischen Testplattform geplant.

Die neu errichtete Versuchshalle (Forschungszentrum Jülich, M. Müller)

Die Inbetriebnahme erfolgt mit einem vor mehreren Jahren entwickelten Zellstapel, um auf diese Art mögliche anfängliche Fehlfunktionen an der Testplattform ohne Beschädigung des neuartigen Zellstapels beheben zu können. Der Aufbau verzögert sich leider noch, da das Gebäude noch nicht ganz fertig ist. Es werden noch Arbeiten an der Heiz- und Lüftungstechnik durchgeführt und die Fertigstellung einer Wasserstoff-Abblasleitung steht noch aus.

Montagearbeiten in der Versuchshalle (Forschungszentrum Jülich, M. Hehemann)

Wenn Teststand und Stack betriebsbereit sind, erfolgt die Wasserstoff- und Sauerstofferzeugung im Rahmen des LLEC-Verbundes. Es können Untersuchungen zum dynamischen Verhalten und zur Interaktion mit den anderen Anlagen auf dem Campus erfolgen. Eine physikalische Einbindung der in der Anlage erzeugten Medien erfolgt über je eine Wasserstoff- und Sauerstoff-Pipeline von der Demonstrationsanlage zur Wärmevollversorgungszentrale (WVVZ) des Campus. Dort ist geplant den erzeugten Wasserstoff in Gasmotoren oder Wasserstoff und Sauerstoff in einem Brennstoffzellensystem zur bedarfsgerechten Strom- und Wärmeerzeugung zu nutzen.

About Martin Müller

Martin Müller arbeitet seit seinem Abschluss des Maschinenbaustudiums im Jahr 2002 am Forschungszentrum Jülich. Am IEK-14 leitet er die Abteilung Verfahrenstechnik Elektrolyse, die sich thematisch mit der Erforschung und Entwicklung großskaliger Elektrolyseure der nächsten Generation beschäftigt. Im LLEC-Projekt ist er der Teammanager für den Bereich Wasserstoff.

3 Responses to “Elektrolyse für die effiziente Wasserstofferzeugung”

  1. Markus Einholz

    Sehr geehrte Damen und Herren,

    wir suchen aktuell effiziente „Elektrolyse“ für ein Forschungsprojekt das zum Teil von Jülich finanziert werden soll, bei den Gebäude zukünftig mit grünen Wasserstoff beheizt werden sollen. Mein Kollege und ich haben ein Konzept entwickelt bei den dies in naher Zukunft realisiert werden soll. Aktuell sind wir eine Ingenieurgesellschaft (GbR) die jedoch bald als GmbH umstrukturiert wird.

    Wir sind aktuell noch in Abstimmung mit einigen Universitäten und Industriepartnern und würden uns freuen auch mit Ihnen zu zusammen zu arbeiten. Aktuell sind Wirkungsgrade von ca. 70% bis 80% realisierbar. Wie ich gelesen habe arbeiten Sie an Enteroklysen die sehr effizient sein sollen. Ich hatte da noch einige Fragen:
    Was für ein Wirkungsgrad wäre hierbei möglich?
    Wie lange ist die Lebensdauer der Elektrolyse Anlage?
    Wie teure wäre die Elektrolyse Anlage?
    Ist die Elektrolyse Anlage für Nichtwohngebäude geiget?
    Wann wäre diese auf den Markt erhältlich?

    Bitte geben Sie mir Rückmeldung.

    Ich selber arbeite seit mehreren Jahren als Bauphysiker und mein Kollege als Maschinenbauingenieur.

    Für weitere Informationen können Sie mich gerne unter der Nummer: 017643329779 erreichen.

    Meine E-Mail Adresse lautet: Markusein@gmx.de (bitte diese E-Mail Adresse verwenden).

    Aktuell besteht eine große Nachfrage für CO2 Neutralität. Mit der aktuellen Politik und Situation wird dieses Thema immer mehr in den Vordergrund kommen.

    Ich freue mich von Ihnen zu hören.

    Mit freundlichen Grüßen
    Markus Einholz
    Beratungsingenieur für Bauphysik

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  2. Wilfried Schumacher

    Wie beurteilt man das SPERA LOHC-System von Chiyoda Corporation,Yokohama, Japan, das Kanzler Scholz am 28.April zusammen mit dem Japanischen Ministerpräsidenten gezeigt wurde, im Vergleich zum System der Hydrogenious LOHC GmbH, Erlangen?

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    • Martin Müller

      Hallo Herr Schumacher, bitte kontaktieren Sie dazu meinen Kollegen Michael Geiselbrecht (m.geiselbrecht@fz-juelich.de), er kennt sich auf dem Gebiet der Wasserstoffspeicherung deutlich besser aus als ich. Beste Grüße, Martin Müller

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