Die seit 2023 betriebene Energiezentrale des Forschungszentrums versorgt unseren Campus in Jülich zuverlässig und effizient mit Wärme, Strom und sogar Kälte und spart gegenüber der früher genutzten Fernwärme 15% CO2 ein. Der Wermutstropfen: Ihre Blockheizkraftwerke und Gaskessel werden aktuell mit Erdgas betrieben. Im Zuge des Living Lab Energy Campus (LLEC) werden wir deshalb den beim Betrieb des Elektrolyse-Teststacks entstehenden Wasserstoff zur Verbrennung beimischen und werden mithilfe des LOHC One Reactors die saisonale Speicherung von Wasserstoff erproben. Durch die Ergänzung eines innovativen Wasserstoff-Sauerstoff-Motors gehen wir künftig noch einen Schritt weiter, da dieser den bei der Wasserstoffproduktion per Elektrolyse ebenfalls anfallenden Sauerstoff mit nutzt und als “Abfallprodukt” selbst nur zusammenbringt, was schon zusammen war: H2O.
Genial gekoppelt: Grüner Wasserstoff gilt als wichtiger Baustein eines künftigen Energiesystems, doch Ort und Zeit der Produktion stimmen oft nicht mit dem Bedarf überein. Der in der letzten Woche auf dem Jülicher Campus angelieferte LOHC One Reactor soll dabei helfen, ein Effizienzproblem bei der Speicherung von Wasserstoff zu lösen. Am Freitag hatten wir Gelegenheit, diese in ihrer Größenordnung weltweit einzigartige Anlage in der Lokalzeit Aachen des WDR vorzustellen.
Wasserstoff ist nicht nur ein Energie-, sondern auch ein Hoffnungsträger im Zuge der Transformation des Energiesystems. An vielen Stellen soll er beispielsweise das bisher eingesetzte Erdgas gänzlich oder in Form einer Beimischung teilweise ersetzen. Ebenso wie Erdgas ist Wasserstoff unsichtbar, verhält sich aufgrund seiner thermophysikalischen Eigenschaften bei Leckagen jedoch anders. Dieser Umstand stellt neue Herausforderungen an deren Detektion. CFD-Simulationen helfen, diesen zu begegnen.
Mit Maßnahmen wie der Errichtung des Reaktor-Fundaments führt erstmals auch unser LOHC-Projekt zu sichtbaren Veränderungen auf dem Campus in Jülich. Höchste Zeit, uns wieder mit einigen Updates zu melden. In diesem Beitrag geht es also um konkrete Baufortschritte. Die früheren Beiträge zur ersten Idee, technologischen Beschreibung, sowie Projektierung, Fertigung und Visualisierung sind aber weiterhin abrufbar.
Die Demonstratoranlagen des LLEC verteilen sich über den weitläufigen Campus des Forschungszentrums. Gemeinsam bilden sie zahlreiche Bestandteile eines zukünftigen Energiesystems in integrierter Form ab. Die Besonderheit des Projektes LLEC::JuPilot ist, dass sich im und rund um das Schülerlabor, dem JuLab, die LLEC-Aktivitäten bündeln und hier quasi ein „Mini-LLEC“ erlebbar ist. An diesem zentralen Standort mitten auf dem Campus konzentrieren sich (fast) alle technischen LLEC-Themen in kleinem Maßstab.
Wie wir bereits an anderer Stelle berichtet haben, wird auf dem Gelände des Forschungszentrums ein neuartiger Wasserstoffspeicher errichtet. In diesem Beitrag berichten wir über den aktuellen Stand und die nächsten Schritte in diesem Projektteil.
Bereits 2020, als in einem kurzen Zeitfenster im Sommer persönliche Treffen möglich waren, hat eine Delegation von der Phyikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) das LLEC-Projekt besucht. Gemeinsam haben wir uns die ersten (fast) fertigen LLEC-Demonstratoranlagen angeschaut und uns über die jeweiligen Forschungsinteressen ausgetauscht. Seitdem haben wir uns unzählige Male virtuell „getroffen“ und dieses Jahr im Februar wieder ein persönliches Treffen organisiert. Mittlerweile gibt es eine dauerhafte Zusammenarbeit zwischen LLEC und PTB zu fünf gemeinsamen Kernthemen – Tendenz steigend.
Mit der Projekterweiterung „P2G++“ hat nun auch das Thema Wasserstoff-Sicherheitsforschung Einzug im LLEC gehalten. Das neue Team „Hydrogen Safety“ bringt hierzu langjährige Erfahrung aus der nuklearen Sicherheitsforschung mit, ist aber auch schon seit vielen Jahren im internationalen Netzwerk HySafe und im Europäischen Wasserstoff-Sicherheitspanel aktiv. Im Rahmen des Living Labs werden wir uns mit wissenschaftlichen Arbeiten zu Sicherheitsaspekten der im LLEC entwickelten und zum Einsatz kommenden Wasserstoff-Technologien befassen.
Im Rahmen des Projekts Living Lab Energy Campus (LLEC) wird ein neuartiger Wasserstoffspeicher auf Basis der LOHC-Technologie auf dem Gelände des Forschungszentrums geplant und errichtet. Der neuartige Wasserstoffspeicher wurde bereits in einem separaten Blogbeitrag angekündigt (https://blogs.fz-juelich.de/llec/2019/12/03/neuartiger-lohc-wasserstoffspeicher/). In diesem Artikel wird der aktuelle Stand der Planungen und Neuerungen am Reaktor erläutert. Zunächst möchte ich die LOHC-Technologie näher erläutern.
Das Energiesystem der Zukunft, das im LLEC schon jetzt aufgebaut wird, basiert auf erneuerbaren und damit fluktuierenden Energiequellen. Dies macht neben der intelligenten Kopplung der Systeme auch die dezentrale Energiespeicherung für eine sichere und klimafreundliche Energieversorgung erforderlich. Um Wasserstoff als Energieträger für die Speicherung erfolgreich einsetzen zu können, ist ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwandlung und Speicherung von zentraler Bedeutung. Mit Hochtemperatur-Festoxidwandlern ist es sowohl möglich mit elektrischer Energie per Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen, als auch umgekehrt, als Brennstoffzelle betrieben, Wasserstoff bei Bedarf zu verstromen. Dabei kann derselbe Zellenstapel für beide Betriebsmodi mit sehr hoher Effizienz eingesetzt werden. In diesem Fall wird in der Fachsprache von einer reversiblen Festoxidzelle bzw. rSOC (reversible Solid Oxide Cell) gesprochen. Die eingesetzten Zellen bestehen im Wesentlichen aus einem festen Elektrolyten, der bei hohen Temperaturen durchlässig für Sauerstoffionen ist, und zwei porösen Elektroden über die der elektrische Strom zu- bzw. abgeführt wird.