Pro­duk­ti­on von grü­nem Wasserstoff

Der Pro­duk­ti­on von grü­nem Was­ser­stoff als Ersatz für fos­si­le Res­sour­cen wird gro­ße Bedeu­tung zur Errei­chung der Kli­ma­zie­le 2045 bei­gemes­sen. Bei der Was­ser­stoff-Elek­tro­ly­se mit­tels Pro­to­nen­aus­tauschmem­bran (PEM) wird jedoch unge­fähr ein Drit­tel der ein­ge­setz­ten elek­tri­schen Ener­gie in Abwär­me umge­wan­delt. Zudem bleibt der beim Elek­tro­ly­se­pro­zess anfal­len­de Sauer­stoff meist unge­nutzt. Im Pro­jekt IntegrH2ate unter­sucht das Fraun­ho­fer IEG zusam­men mit dem Pro­jekt­part­ner Lin­de GmbH daher die Ver­wer­tung der Neben­pro­duk­te der Was­ser­stoff-Elek­tro­ly­se: Wär­me und Sauer­stoff. Das Ziel der Unter­su­chun­gen ist die Erhö­hung der Wirt­schaft­lich­keit der Was­ser­stoff­pro­duk­ti­on mit­tels PEM-Elek­tro­ly­seu­ren, dabei bringt das Fraun­ho­fer IEG sei­ne Exper­ti­se in den Berei­chen der Ver­fah­rens­tech­nik, der ther­mo­dy­na­mi­schen Wand­ler und der Sys­tem­in­te­gra­ti­on von ener­gie­tech­ni­schen Anla­gen ein. Von der För­der­sum­me in Höhe von rund 19 Mil­lio­nen Euro gehen 4 Mil­lio­nen Euro an das Fraun­ho­fer IEG, geför­dert wird das Pro­jekt vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF). Die Lauf­zeit beträgt 45 Mona­te, das Pro­jekt endet vor­aus­sicht­lich im Sep­tem­ber 2025.

Ziel

Bei der PEM-Elek­tro­ly­se fällt die ent­ste­hen­de Abwär­me übli­cher­wei­se bei einem Tem­pe­ra­tur­ni­veau von 50 bis 60 Grad Cel­si­us an und steht somit ohne ther­mi­sche Auf­wer­tung nur einem klei­nen Anwen­dungs­be­reich zur Ver­fü­gung. Durch den Ein­satz von (Hochtemperatur-)Wärmepumpen kann die­se Wär­me jedoch von einem brei­ten Spek­trum an Anwen­dungs­fel­dern genutzt werden.

Im Fokus steht dabei die Auf­wer­tung und Nut­zung die­ser Wär­me an einem Raf­fi­ne­rie­stand­ort. Groß­tech­ni­sche Elek­tro­ly­se­an­la­gen wer­den bis­lang übli­cher­wei­se in Che­mie­parks betrie­ben, an einem sol­chen Stand­ort kom­men für die Wär­me­nut­zung zahl­rei­che Abneh­mer in Fra­ge. Die beson­de­re Her­aus­for­de­rung ist es, die dyna­mi­sche Betriebs­wei­se des Elek­tro­ly­se­urs auf­grund des varia­blen Was­ser­stoff­be­darfs und der Ver­füg­bar­keit von Son­nen- und Wind­strom mit dem trä­ge­ren Sys­tem der Wär­me­pum­pe und des Bedarfs­pro­fils für Wär­me zu koppeln.

Die Aus­kopp­lung und Auf­wer­tung der anfal­len­den Abwär­me wird zunächst mit­hil­fe eines Wär­me­pum­pen-Simu­la­ti­ons­mo­dells unter­sucht. Dabei wer­den die opti­ma­le Betriebs­stra­te­gie sowie geeig­ne­te Anla­gen­kom­po­nen­ten (Ver­dich­ter, Wär­me­über­tra­ger etc.) ermit­telt. Im wei­te­ren Pro­jekt­ver­lauf wer­den die Simu­la­ti­ons­er­geb­nis­se an einem Ver­suchs­auf­bau am Fraun­ho­fer IEG-Stand­ort Zit­tau vali­diert. Ziel ist es, die simu­la­ti­ven und expe­ri­men­tel­len For­schungs­er­geb­nis­se auf eine Demons­tra­ti­ons­an­la­ge im 100-MW-Bereich an einem Raf­fi­ne­rie­stand­ort des Pro­jekt­part­ners zu über­tra­gen. Zudem wer­den Kon­zep­te zur Auf­wer­tung und Nut­zung des Neben­pro­dukts Sauer­stoff an Raf­fi­ne­rie­stand­or­ten entwickelt.