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Das Projekt soll einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Power-to-Gas-Technologie hin zu mehr Effizienz und niedrigeren Kosten mit Fokus auf der Wasserstoff-Erzeugung (Power-to-Hydrogen) für den Mobilitätssektor leisten.

Eine wesentliche Grundlage für die F&E-Aktivitäten ist der Betrieb und die Vermessung einer nach dem aktuellen Stand der Technik errichteten Power-to-Hydrogen-Anlage in der Leistungsklasse 1 MWel der Energiedienst AG in Wyhlen am Hochrhein. Die Anlage bildet die vollständige verfahrenstechnische Kette vom der regenerativen Stromquelle bis hin zu aufbereitetem, in der Mobilität nutzbarem Wasserstoff mit einer Reinheit von 99,999 Vol.% H2 ab und kann täglich bis zu etwa 0,5 Tonnen eH2 erzeugen. Der Wasserstoff wird vor Ort auf einen Druckniveau von 200 bar in Trailer abgefüllt und kann so beispielsweise zu H2-Tankstellen transportiert werden. Mit dieser eH2-Menge können rechnerisch etwa 1.000 Brennstoffzellen-PKWs versorgt werden.

Mit Hilfe eines Monitoring-Systems mit umfangreicher Zusatzmesstechnik wird der Projektpartner ZSW die Gesamtanlage und alle wesentlichen darin verbauten Subsysteme und Komponenten analysieren und bilanzieren, um technische Verbesserungspotenziale ableiten zu können. Die aus dem Anlagenbetrieb gewonnenen Informationen fließen nach entsprechender Aufbereitung und Auswertung direkt in die angewandten F&E-Aktivitäten der Projektpartner ein.

F&E-Plattform und industrielle Erprobung

An die Power-to-Hydrogen-Anlage in Wyhlen ist als Herzstück der Forschungsaktivitäten eine F&E-Plattform angebunden. Dort soll eine alkalische Druck-Elektrolyseanlage (AEL-Forschungsanlage)  des ZSW unter industriellen Bedingungen erprobt werden. Die AEL-Forschungsanlage wurde Anfang 2017 CE-zertifiziert und ist verfahrenstechnisch für eine Anschlussleistung von bis zu 1 MWel ausgelegt. Im Rahmen des Projektes sollen in dieser Anlage selbst entwickelte AEL-Blöcke mit effizienz- und kostenoptimierten Elektrodenbeschichtungen des Projektpartners DLR im Leistungsbereich bis zu 300 kWel getestet werden.

Der in der F&E-Plattform erzeugte eH2 kann in den Produktgasstrom der industriellen Anlage eingespeist und von Energiedienst mit genutzt werden. Energiedienst kann die AEL-Forschungsanlage auch nach Projektende weiter betreiben und in die industrielle eH2-Produktion in Wyhlen integrieren.

Mehr Effizienz und weniger Kosten

Die Begleitforschung unter Beteiligung aller Projektpartner fokussiert sich auf die Weiterentwicklung der Power-to-Gas-Technologie und deren Hauptkomponenten hin zu mehr Effizienz und niedrigeren Kosten. Die enge Einbindung der Industrie (Energieversorger, Maschinenbau, Anlagenbau, Automobilindustrie) als assoziierte Partner soll einen erfolgreichen Technologietransfer gewährleisten.
Die Arbeiten zielen insbesondere auf der gemeinschaftlichen Entwicklung einer Technologie-Roadmap. Damit sollen die für Power-to-Gas erforderlichen Effizienz- und Kostenziele für eine breite Markteinführung ausgearbeitet werden. Diese Roadmap bildet zugleich die Grundlage für die gezielte Ansprache von Unternehmen. Unterstützend wird eine Simulationsumgebung geschaffen, die mit realen Messdaten aus dem Forschungsbetrieb gespeist wird. So sollen für potentielle Power-to-Hydrogen-Komponenten Entwicklungsoptionen theoretisch analysiert und interessierten Unternehmen Handlungsempfehlungen geboten werden, um die erfolgversprechendsten Ideen in die Tat umzusetzen.

Neben der Hauptkomponente Elektrolyse werden auch weitere für einen wirtschaftlichen Erfolg des Verfahrens relevante Komponenten und Subsysteme im Rahmen des Projektes weiterentwickelt. Beispielsweise die Entwicklung eines elektrochemischen Kompressors für eine effizientere Trailer-Befüllung durch den Projektpartner ISE und die Weiterentwicklung des Konzeptes der „Smart-Gaseinspeisung“, eine Möglichkeit zur perspektivischen Steigerung der Power-to-Gas-Nutzungsgrade bei der eH2-Einspeisung in das Erdgasnetz, durch den Projektpartner DVGW-EBI.

Flankierend zur technischen Entwicklung werden mithilfe wirtschaftlicher Pfadanalysen Geschäftsmodelle ausbearbeitet und unterschiedliche Verwertungsmöglichkeiten für regenerativen Strom zur Bereitstellung von strombasierten Kraftstoffen untersucht.

Projektstruktur Grafik: ZSW
3D-Modell der Power-to-Hydrogen-Anlage mit angebundener F&E-Plattform Quelle: Energiedienst
AEL-Forschungsanlage des ZSW Quelle: ZSW