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

Drei Hydrogen Labs mit unterschiedlichen Schwerpunkten

Auch 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 – mit einer Gesamtanschlussleistung von über 25 MW. 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.
• Die Dekarbonisierung der herstellenden Industrie ist Schwerpunkt des Hydrogen Labs Görlitz. Prototypen jeder Stufe der Power-to-X-to-Power-Wertschöpfungskette können getestet und mit Rückschlüssen auf entsprechende Produktionsprozesse durch die Kooperation mit dem Fraunhofer IWU ergänzt werden.

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 von H2- und O2-Reinheit, GC-MS-Spurenanalytik von Stoffströmen, elektrochemische Bewertung von Komponenten und Fehlerdiagnostik sind Teile des Angebots.

Das 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 IWES, standardisierte Prüfabläufe für Wasserstofftechnologien zu entwickeln.