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Wasserstoff Erzeugung

 

Der Klimawandel zwingt unsere Gesellschaft dazu, unseren Umgang mit Energie zu überdenken. Die hohen Treibhausgasemissionen unserer modernen Gesellschaft müssen durch einen umfangreichen Umstieg von fossilen Kraftstoffen zu erneuerbarer Energie drastisch reduziert werden. Erneuerbare Energien bringen jedoch die Herausforderung, dass sie oft zu anderen Zeiten anfallen als sie benötigt werden und an anderen Orten als sie genutzt werden können. Eine Lösung dieses Problems ist es die erneuerbare Energie durch Elektrolyse in „grünen“ Wasserstoff umzuwandeln, der in großen Mengen gespeichert und in flüssiger oder gasförmiger Form transportiert werden kann. Wasserstoff bringt dabei den zusätzlichen Vorteil, dass er direkt in der Mobilität einsetzbar ist und auch für gewisse Industrieprozesse wie zum Beispiel die Stahlerzeugung direkt verwendet wird.

Unter den Elektrolysetechnologien ist die Protonenaustauschmembran-Elektrolysezelle (PEMEC) eine der Vielversprechendsten. Sie ist neben der alkalischen Elektrolyse die einzige marktreife Elektrolyseurtechnologie und zeichnet sich durch einen dynamischen Betrieb, hohe Leistungsdichte und die höchsten erreichbaren Wasserstoffdrücke aller Elektrolyseurtechnologien aus.

©TU Graz – CEET; Einzelzellen Teststand des CEET Instituts

©HyCentA; PEM Electrolyseur für die Erzeugung von H2

Heute ist der mit PEMEC erzeugte Wasserstoff in den meisten Fällen noch nicht wettbewerbsfähig mit fossilen Alternativen, da die Wasserstoffmenge, die ein Elektrolyseur während seiner Lebensdauer produziert, im Vergleich zu seinen Kapitalkosten zu gering ist. Dies ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen: Zum einen sind die Herstellungskosten von Elektrolysesystemen noch hoch, da die Zahl der hergestellten Einheiten noch zu gering sind um die Kostensenkung durch Massenfertigung auszunutzen. Weiters ist ein tieferes Verständnis der Alterungsmechanismen in den Elektrolyseurkomponenten notwendig, um die Lebensdauer und die langfristige Stabilität zu erhöhen.  Zuletzt werden Elektrolyseure teilweise suboptimal betrieben und die kosteneffiziente Anbindung an den Energiemarkt für den jeweiligen Anwendungsfall noch nicht berücksichtigt.

Das HyGen-Projekt zielt darauf ab, diese Probleme mit den folgenden Forschungszielen zu bearbeiten:

  • Erhöhung der Lebensdauer von PEMECs durch ein tieferes Verständnis der Degradationsmechanismen und Identifizierung von Gegenmaßnahmen durch Experimente mit Elektrolyse-Zellen, -Stapeln und -Systemen
  • Verbesserung der Industrialisierung der Produktion von PEM-Zellen, – Stapeln und -Systemen zur Kostensenkung
  • Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads und der Lebensdauer von PEM-Elektrolyse- Stapeln durch Optimierung von Design und Betrieb mit Hilfe verschiedener Simulationsmethoden
  •  Ermittlung optimaler Geschäftsmodelle für PEM- und Festoxidelektrolyse (SOEC) in zentralen und dezentralen Anwendungen durch einen systemischen Simulationsansatz

 

Projektlaufzeit 04/2021 – 03/2025
Bereich Energie & Industrie
Projektleitung + Kontakt HyCentA Research GmbH,
Julius Rauh, rauh@hycenta.at
Partner TU Graz – CEET, Fronius International GmbH, Profactor GmbH, Verbund Thermal Power GmbH

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