Fokusthema Wasserstoff: Klimaziele erreichen durch zuverlässigen Betrieb

Die Produktion von grünem Wasserstoff zur Dekarbonisierung und Defossilisierung industrieller Prozesse leistet einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele. Außerdem kann durch eine intelligente Integration ein wertvoller Beitrag für die Energiespeicherung und Stromnetzstabilisierung geleistet werden.  Um die Risiken einer Hochskalierung der Wasserstoffproduktion zu minimieren, ist der zuverlässige Betrieb von Elektrolyseuren und Systemen entlang der H₂-Wertschöpfungskette ein zentraler Punkt.

Der anstehende Hochlauf und damit verbunden der steigende Bedarf an Elektrolysekapazität stellt nicht nur Hersteller, sondern auch zukünftige Betreiber vor Herausforderungen. Produktionsverfahren, Mess- und Überwachungsverfahren sowie Integrationskonzepte lassen sich nicht ohne Weiteres von der Manufaktur in industrielle Dimensionen hochskalieren.

Drei Hydrogen Labs mit unterschiedlichen Schwerpunkten

Die Einbettung ins Energiesystem sowie in industrielle Prozesse stellen Herausforderungen an das Einsatzverhalten und an die Betriebsmodelle. Das Fraunhofer IWES unterhält daher drei Hydrogen Labs für Test und Validierung wasserstoffrelevanter Komponenten entlang der Wertschöpfungskette: von der Erzeugung mittels Elektrolyse, über Speicherung und Anwendung in PtX-Prozessen oder Brennstoffzellen. Somit unterstützt das Fraunhofer IWES die Industrie bei der Etablierung einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft. Die Hydrogen Labs weisen unterschiedliche Schwerpunkte auf:

• Im Hydrogen Lab Leuna kann durch die Integration in einen Chemiestandort die Defossilisierung von Prozessen der chemischen Industrie praxisnah erprobt werden.
• In Bremerhaven wird die Kopplung von Wasserstofferzeugung und Windenergiegewinnung sowie die Netzkompatibilität von Elektrolyseuren untersucht. Die Versorgungssicherheit kann somit auch bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energien im Netz sichergestellt werden. Darüber hinaus spielt auch die Wasserversorgung eine Rolle.
• Das Hydrogen Lab Görlitz konzentriert sich auf die Dekarbonisierung der Industrie. Hier können Prototypen für jede Phase der Power-to-H₂-to-Power-Wertschöpfungskette getestet werden. Durch die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWU lassen sich wertvolle Erkenntnisse über die entsprechenden Produktionsprozesse gewinnen.

Prüfangebote unterschiedlicher Größenordnungen und Belastungen

Das Angebot reicht von der Stack-Prüfung im Bereich von 45 kW bis zur mehreren MW-Prüfkapazität für den Betrieb unter Realbedingungen. Dynamische Belastungen werden ebenso nachgestellt wie Umweltbedingungen und mechanische Lasten. Digitale Simulationen begleiten den Prozess, beschreiben Vorgänge und dienen der Optimierung techno-ökonomischer Kennzahlen. Übergreifend finden Analysen statt, um Methoden und Testabläufe für Elektrolyseur-Materialien sowie Komponenten zu entwickeln und im Labormaßstab anzuwenden Auch Echtzeitüberwachung der H₂- und O₂-Reinheit, Qualitäts- und Sicherheitskontrolle, Spurenanalytik, parallele Prozesssimulation zur Bewertung und Optimierung von Parametern sind Teile des Angebots.

Das Fraunhofer IWES kann auf die langjährige Expertise in Standardisierungsfragen im Windbereich zurückgreifen. Die Partnerschaften mit und das Know-how von wegweisenden Institutionen und Unternehmen ermöglichen dem Fraunhofer IWES, standardisierte Prüfabläufe für Wasserstofftechnologien zu entwickeln.