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Smarte Elektrolyse – modularer Elektrolyseur-Prototyp

Wasserstoff hat das Potenzial zum zentralen Energieträger der Zukunft. Umso wichtiger sind effiziente, zuverlässige und kostengünstige Elektrolyseure, die aus Windkraft- bzw. Photovoltaikanlagen erzeugtem Strom flexibel das energiereiche Gas produzieren. IAV hat einen modularen Elektrolyseur entwickelt, der auf bewährten Methoden und Herstellungsverfahren aus der Automotive-Entwicklung basiert. Auf der Hannover Messe und dem Wiener Motorensymposium wurde er vorgestellt. Die Industrialisierung mit einem renommierten Partner ist bereits angelaufen.

Es ist seine Vielseitigkeit, die Wasserstoff zum Energieträger der Zukunft prädestiniert. Er eignet sich zur Energieübertragung ebenso wie als potenziell CO2-neutraler Kraftstoff oder als klimafreundliches Ausgangsprodukt für die chemische Industrie. Damit ist er das Mittel der Wahl für die Sektorkopplung – also die Verbindung so unterschiedlicher Bereiche wie Stromproduktion, Straßenverkehr, Wärme und Industrieproduktion –, die als Voraussetzung für eine erfolgreiche Energiewende gilt. Insbesondere lassen sich mit Wasserstoff die Schwankungen bei der Produktion von „grünem“ Strom ausgleichen: Überschüssiger Strom wird durch Elektrolyseure flexibel aufgenommen, kann dann gespeichert und der produzierte Wasserstoff in Zeiten eines Unterangebotes – etwa in Brennstoffzellen – wieder rückverstromt werden. Damit erfolgt eine Entkoppelung der Energieerzeugung vom -verbrauch.

Grafik: Elektrolyseur
Der von IAV projektierte Elektrolyseur ermöglicht eine effektive und nachhaltige Sektorkopplung.

Elektrolyseuren kommt in den kommenden Jahrzehnten eine zentrale Bedeutung zu: Sie erzeugen Wasserstoff aus Strom und Wasser. Zwei Technologien dominieren derzeit den Markt: die PEM-Elektrolyse mit einer Polymermembran (sie gilt als sehr dynamisch) und die alkalische Elektrolyse mit einem flüssigen Elektrolyten, die ausgesprochen robust ist. Der IAV-Elektrolyseur wird die Vorteile beider Verfahren vereinen. „Er wird eine Dynamik aufweisen, wie man sie von PEM-Elektrolyseuren kennt, und gleichzeitig durch die bekanntermaßen hohe Lebensdauer der alkalischen Technologie überzeugen”, sagt Ralf Wascheck, Leiter der Abteilung Brennstoffzellen und Wasserstoffmobilität bei IAV.

Hohe Dynamik, modulare Bauweise und geringe Kosten

Dank seiner hohen Dynamik kann der IAV-Elektrolyseur selbst kurzfristige Erzeugungsspitzen nutzen und den überschüssigen Strom in Wasserstoff umwandeln. Ein weiterer Vorteil ist seine modulare Bauweise. Je nach Anforderung oder Einsatzgebiet lässt sich der IAV-Elektrolyseur in der Projektierungsphase an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Durch den Einsatz von Methoden und Herstellungsverfahren aus dem Automotive-Bereich sinken die Kosten für den Elektrolyseur ganz erheblich.

IAV entwickelt Elektrolyseure als ideale Ergänzung zur Brennstoffzellen-Fahrzeugentwicklung und ist hierdurch in der Lage, das gesamte Spektrum der Wasserstoffmobilität abzudecken. Die containerbasierte Lösung mit 150 bzw. 300 Kilowatt elektrischer Nennleistung ist inzwischen so ausgereift, dass nun ihre Industrialisierung ansteht. „Gemeinsam mit einem renommierten Unternehmen aus dem Anlagenbau wollen wir den Elektrolyseur jetzt zu einem Produkt weiterentwickeln“, so Wascheck. IAV optimiert die Elektrolyse, Vorverdichtung und Gasreinigung des Wasserstoffs, während sich der Partner vor allem mit den dahinterliegenden Stufen der Verarbeitung beschäftigt und beispielsweise eine Wasserstofftankstelle entwickelt.

Hohe Nachfrage nach dezentralen Elektrolyseuren

Bereits auf der Hannover Messe 2018 war der IAV-Elektrolyseur auf großes Interesse gestoßen.

Zukünftig gilt es einen immensen Bedarf an Wasserstoff zu decken. Leichte und schwere Nutzfahrzeuge werden mit Wasserstoff betrieben und benötigen eine flächendeckende Tankstelleninfrastruktur

Ralf Wascheck — Leiter der Abteilung Brennstoffzellen und Wasserstoffmobilität bei IAV

Dafür ist der IAV-Elektrolyseur optimal geeignet, denn er ist für die dezentrale Erzeugung von Wasserstoff gedacht – etwa auf den Betriebshöfen von Logistikern und ÖPNV-Unternehmen oder direkt an öffentlichen Tankstellen. Einen weiteren Schub dürfte die Nachfrage nach Elektrolyseuren durch die neusten EU-Pläne erhalten: Bis 2030 sollen die CO2-Emissionen von Nutzfahrzeugen um circa 30 Prozent sinken (bezogen auf das Referenzjahr 2019). „Das lässt sich insbesondere mit Brennstoffzellenfahrzeugen erreichen, was die Nachfrage nach Wasserstoff und Elektrolyseuren weiter in die Höhe treiben wird“, sagt Wascheck.

Im April hat IAV den aktuellen Stand des Elektrolyseurs auf der Hannover Messe und im Mai auf dem Wiener Motorensymposium vorgestellt. Bereits zu Beginn 2020 wird es einen Prototyp geben, anschließend soll eine erste Kleinserie auf den Markt kommen und beispielsweise an Wasserstofftankstellen eingesetzt werden. „Brennstoffzellenfahrzeuge verbinden eine hohe Reichweite mit schnellem Nachtanken“, resümiert Wascheck. „Sie sind eine alltagstaugliche Form der E-Mobilität und werden darum an Bedeutung gewinnen – und mit ihnen robuste und kostengünstige Lösungen für die Wasserelektrolyse.“


Das Interview erschien in der automotion 02/2019, dem Automotive Engineering-Fachmagazin von IAV. Hier können Sie die autmotion kostenfrei bestellen.