Wasserstoff: Versuchsanlage macht Elektrolyseur und Wärmepumpe gemeinsam effizient

Die nachhaltige Energiewirtschaft wartet auf den grünen Wasserstoff. Neben Importen braucht es auch effiziente, also kostengünstige heimische Elektrolyseure, die aus grünem Strom Wasserstoff erzeugen und die Nebenprodukte Sauerstoff und Wärme wirtschaftlich nutzen. Den Weg dazu möchte die neue Versuchsanlage »LA-SeVe)« in Zittau aufzeigen, die im Rahmen des Projektes »IntegrH2ate« aufgebaut wird. Nun hat die Stadt die Baugenehmigung erteilt. Die Fertigstellung ist für Anfang 2025 geplant.

»Wir freuen uns, mit diesem Meilenstein auch einen Beitrag zum Strukturwandel in der Lausitz zu schaffen«, erklärt Mario Ragwitz, Leiter des Fraunhofer IEG. »Danke an Projektteam, Stadt und Stadtwerk, die hier an einem Strang ziehen und Spitzenforschung in die Lausitz bringen, der Innovationen und Wertschöpfung folgen werden.«

»Die Zusammenarbeit der Stadtwerke Zittau und des Fraunhofer IEG macht Zittau zu einem Ort der anwendungsnahen Forschung, der mit Erkenntnissen und Knowhow zur Energiewende in die Lausitz und darüber hinaus strahlen kann«, freut sich Oberbürgermeister Thomas Zenker. »Damit ergänzt und vernetzt sich Fraunhofer IEG wunderbar mit den anderen innovativen Akteuren in unserer Wissenschaftsstadt Zittau.«

»Das ist eine gute Nachricht für das Projekt »IntegrH2ate« und das Leitprojekt »H2Giga«.« ergänzt Thomas Emmert von Linde GmbH, der Gesamtprojekt-Koordinator »IntegrH2ate«. »Damit werden wir nachweisen, dass die Auskopplung und die effektive Nutzung des Elektrolyseproduktes Wärme die Wirtschaftlichkeit der Elektrolyse verbessert. Mittelfristig wird dies die Umsetzung von Elektrolyseprojekten mit Sektorenkopplung vorantreiben und den Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft unterstützen.«

Das Projekt »IntegrH2te« untersucht die Kopplung zwischen PEM-Elektrolyse, Wärmepumpe und Wärmenetz. Die Abwärme aus der Elektrolyse soll durch die Wärmepumpe so aufgewertet werden, dass diese als Fernwärme im Versorgungsnetz der Stadt dienen kann. Auch der Sauerstoff aus der Elektrolyse ist bei entsprechender Reinheit eine gefragte Handelsware. Die nun genehmigte Versuchsanlage dient primär der Betriebsoptimierung des innovativen Anlagenkonzeptes und der effizienten Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise. Je nachdem, ob der Fokus auf die Nutzung von grünem Überschussstrom, der Einsparung von fossilen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liegt, ändern sich Betriebsweise und Betriebsparameter. Mit der Anlage in Zittau prüft das Projektteam nun in der Praxis die Konzepte, die es in den letzten Jahren entwickelt hat.

»Mit unseren Versuchsanlagen schaffen wir eine Test-Infrastruktur, um industrienahe Prozesse zu testen und zu qualifizieren«, sagt Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG. »Wir wollen im Technikums-Maßstab erproben, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen. Zudem stellt die Versuchsanlage eine Plattform dar, um zukünftig industrienahe Prozesse für Hersteller und Betreiber zu testen und zu qualifizieren, etwa die Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlestoffkreisläufe, Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse.« Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membrane, kurz PEM, dienen in Elektrolyse zur Trennung der beiden Elektroden und lassen nur gezielt Reaktionsprodukte hindurch. PEM-Elektrolyseure besitzen eine gute Teillastfähigkeit und gut Wirkungsgrade. Sie sind unempfindlich gegenüber Lastwechseln. Insofern eignen sie sich besonders für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen.

Die »Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte« (LA-SeVe) wird mit einer Investition von 2,7 Mio. Euro auf dem Gelände der Stadtwerke Zittau entstehen. Der Elektrolyseur findet in einem Containerraum von rund 12 Meter Länge und 2,5 Meter Breite Platz und wird über eine neue Trafostation mit Strom versorgt. Die Wärmepumpe mit einer Leistung von maximal 105 kW (thermisch) bekommt zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik eine 5 mal 5 Meter große Standfläche in einer bestehenden Halle und wird über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden. Die Abwärme aus dem Forschungsbetrieb des Elektrolyseurs geht über die Wärmepumpe in das städtische Fernwärmenetz.

Fraunhofer IEG in Zittau

Am Standort Zittau forscht Fraunhofer IEG konkret, anwendungsnah und mit Blick auf die regionale Industrie und kommunale Wärmeversorgung. Im Fokus stehen Technologien zur effizienten Wandlung verschiedener Energieformen wie Strom und Wärme. »Weiterhin analysieren wir industrielle Prozesse sowie Umweltwärmequellen und konzeptionieren Lösungen zur Aufwertung und Einbindung dieser ungenutzten Wärmepotenziale im Gesamtprozess«, ergänzt Schneider, der auch den Standort Zittau des Fraunhofer IEG leitet. Die Innovationen sollen zeigen, welche Rolle regenerative Wärmequellen in zukunftsfesten Wärmenetzen für Haushalte, Gewerbe und Industrie spielen. Es entstehen Verfahren zur effizienten Kopplung des Strom-, Gas- und Wärmesektors etwa durch die geeignete Nutzung der bei der Elektrolyse anfallenden Produkte oder durch sektorenübergreifenden Nutzungsszenarien von Elektrolyseuren in zentralen und dezentralen Anlagen und Systemen.

Das Projekt IntegrH2ate ist Teil des Wasserstoffleitprojektes H2giga und hat die effiziente Nutzung der Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der PEM-Elektrolyse zum Gegenstand. Konsortialpartner im Projekt IntegrH2ate sind die Linde GmbH und das Fraunhofer IEG mit seinem Standort Zittau. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit rund 19 Millionen Euro, das IEG erhält dabei eine Fördersumme in Höhe von ca. 4,2 Millionen Euro.

Pressemeldung zum Projektstart »IngrH2ate«:
https://www.ieg.fraunhofer.de/de/presse/pressemitteilungen/2022/integrh2ate.html
https://www.ieg.fraunhofer.de/de/referenzprojekte/integrh2ate.html
Pressemeldung zur Standorteröffnung des Fraunhofer IEG in Zittau:
https://www.ieg.fraunhofer.de/de/presse/pressemitteilungen/2023/strukturwandelre…

Weitere Informationen und Bilder finden Sie unter: www.ieg.fraunhofer.de

Bildunterschrift: Von der Skizze in die Realität wollen das Team von Fraunhofer IEG ihre neuartige Elektrolyseanlage »LA-SeVe« bringen. Bild: Fraunhofer IEG/ Tobias Sauerstein

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Clemens Schneider, clemens.schneider@ieg.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.ieg.fraunhofer.de