Für mehr Stabilität in der Stromversorgung

Nicht nur, aber insbesondere die immer größere Verbreitung der E-Mobilität sorgt für gesteigerte Ansprüche an das Stromnetz. Hinsichtlich regenerativer Alternativen wie der Windenergie gibt es aber berechtigte Bedenken, was die Stabilität der Stromversorgung betrifft. An der Hochschule Emden/Leer wird daher das Projekt HPEM2GAS forciert. Im Zentrum der Aufmerksamkeit: Wasserelektrolyse.

Professor Steinigeweg, die „Launenhaftigkeit“ von Wind- und Solarenergie ist bekannt.
Gerade deswegen könnte Wasserstoff ein wichtiger Punkt in der Zwischenspeicherung von regenerativer Energie sein. Mit Hilfe der Überschussenergie, also der Energie, die nicht mehr ins Netz eingespeist wird, kann Wasserstoff produziert werden. Dieser kann in Kavernenspeichern, Metallhydrid-Speichern oder Druckgasspeichern zwischengespeichert und anschließend bei Bedarf rückverstromt werden.

Das geht beispielsweise in einem Gasmotor, einer Turbine oder Brennstoffzelle – und damit stellt Wasserstoff eine verlässliche Energiequelle dar. Ein weiteres reizvolles Argument für die Wasserelektrolyse ist, dass sich grundsätzlich jedes Wasser eignet, da vor dem Betrieb das vorhandene Wasser vollständig entsalzt werden muss. Je nachdem, ob Salz- oder Süßwasser verwendet, muss ein anderes Filtersystem genutzt werden.

Folgendes Szenario: Von Sonnenenergie angetriebene Autos, respektive Sonnenbetriebene Ladestationen, beispielsweise entlang der Autobahnen. Wäre hier der Einsatz von Elektrolyse ebenfalls sinnvoll, um Spitzen in Nutzungszeiten besser auszusteuern?
Bei diesem Szenario wäre Wasserstoff als idealer Puffer für schwankende Solar­-energie geeignet. Da gerade die Sonnen­-energie zu den Abendstunden und nachts nicht zur Verfügung steht, muss eine Art Speicher errichtet werden, der eben in erster Linie nicht zwangsläufig aus einer (Lithium-Ionen-)Batterie bestehen muss. Dieses Szenario funktioniert aber nur dann sinnvoll, wenn tatsächlich viel Energie – also Strom – zur Verfügung steht, die für eine Wasserelektrolyse genutzt werden kann. Wird der Wasserstoff durch konventionelle Methoden hergestellt, etwa mit Erdgas reformiert und dann als Pufferspeicher genutzt, entstehen viel höhere Treibhausgasemissionen als bei der Herstellung über Elektrolyse mit regenerativen Energien.

Das Szenario würde allerdings auch bedeuten, dass der Elektrolyseur nicht durchgängig im Betrieb wäre, beziehungsweise ebenfalls mit unterschiedlicher Intensität läuft. Ist das aktuell bereits im Rahmen des Möglichen?
Ein PEM-Elektrolyseur (Protonen Austausch Membran, Anm. d. Red.) ist dafür ausgelegt, auf Schwankungen zu reagieren und damit umzugehen. Er kann innerhalb weniger Se­kunden nach einem Stopp wieder in Betrieb gehen und die Output-Rate an Wasserstoff beliebig eingestellt werden. Diese Möglichkeiten können bereits heute zum Einsatz kommen, müssen aber in naher Zukunft weiter optimiert werden.

„Bei einer Zombieapokalypse würde sich der Wasserstoff verflüchtigen – also keine Gefahr“

Wie passt der Prototyp des Projekts HPEM2GAS in diese Vorstellung?
Im Projekt HPEM2GAS wird auf die zuvor genannte Optimierung eingegangen. Hier wurden zunächst die Entwicklungen an dem Elektrolyseur umgesetzt. Diese beinhalten neuartige Membranen, welche mit reduzierter Menge an Edelmetallen wie Ruthenium, Iridium und Plutonium beschichtet wurden.

In diesem Feldtest werden sowohl die Beständigkeit dieser neuentwickelten Komponenten als auch das Verhalten des Elektrolyseurs untersucht. Zu den Hauptzielen gehört, die Kosten zu reduzieren, also Investitionskosten und Produktionskosten von Wasserstoff als auch die Effizienz des Elektrolyseurs zu steigern.

Der Prototyp ist nun seit Anfang Februar 2019 im Einsatz: Gibt es ein erstes Zwischenfazit, das Sie für uns ziehen könnten?
Der Prototyp hat bereits erste Tests durchlaufen und wird demnächst in kontinuierlichen Betrieb gehen – hierfür bedarf es noch einer TÜV-Abnahme des Systems, die in den nächsten Wochen erfolgen wird.

Mal anders gefragt: Im Fall der Zombie-Apokalypse würden Atomkraftwerke mit der Zeit großen Schaden anrichten. Wie sieht es in diesem Szenario mit Elektrolyseuren aus?
Da ein Elektrolyseur keine kernaktiven Substanzen besitzt, ist ein Vergleich zu einem Atomkraftwerk sehr weit hergeholt. Der Wasserstoff ist für seine hohe Flüchtigkeit bekannt, daher würde dieser sich in der Luft verteilen. Vergleichsmäßig ist ein vollgetanktes Auto schädlicher und gefährlicher für die Umwelt und den Menschen als ein Elektrolyseur.

Was motiviert Sie persönlich, am Projekt mitzuwirken?
Für mich persönlich ist es wichtig, an relevanten und umweltfreundlichen Zukunftsthemen mitzuwirken, dazu zählt die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger eindeutig. Um die Energiewende zu schaffen, muss an mehreren Fronten gearbeitet werden: Da reicht es nicht, den Fokus nur auf Batterien zu legen. 


Zu den Arbeitsgebieten von Professor Sven Steinigeweg von der Hochschule Emden/Leer gehören die Modellierung chemischer und um welttechnischer Prozesse, Phasengleichgewichten, die Energie- und Stromstoffanalyse als auch Nachhaltigkeitsbewertungen. 

Prof. Dr. Sven Steinigeweg
Fachhochschule Emden/Leer
Constantiaplatz 4
D-26723 Emden
Tel.: 04921-807-1513 
E-Mail: steinigeweg(at)nwt.fho-emden.de

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