Zittauer Anlage vereint Elektrolyseur und Wärmepumpe
Grüner Wasserstoff soll die deutsche Wirtschaft zukunftsfest machen. Neben Importen braucht es dafür kostengünstige heimische Elektrolyseure, die aus grünem Strom Wasserstoff erzeugen und die Nebenprodukte Sauerstoff und Wärme wirtschaftlich nutzen. In einer im sächsischen Zittau jetzt in Betrieb genommenen Versuchsanlage wird erstmalig die Wärmeauskopplung aus der PEM-Elektrolyse in Verbindung mit einer Wärmepumpe erprobt.
Der Elektrolyseur "LA-SeVe" koppelt die Sektoren Strom und Wärme und ermöglicht es, Betriebsprozesse zu optimieren.
Foto: Paul Glaser / Fraunhofer IEG
„Wasserstoff wird der entscheidende Baustein sein, um auch die schwer zu dekarbonisierenden Industrien zukunftsfest aufzustellen“, so der Leiter der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG Professor Mario Ragwitz. Am Standort Zittau forscht die Fraunhofer IEG mit der Versuchsanlage „LA-SeVe“ anwendungsnah und mit Blick auf die regionale Industrie und kommunale Wärmeversorgung zu neuen Alternativen. Im Fokus stehen dabei Technologien zur Wandlung verschiedener Energieformen. Die Anlage ist im Rahmen des Projekts „IntegrH2ate“ als Teil des Wasserstoff-Leitprojekts „H2Giga“ entstanden und wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert. Im September wurde die Versuchsanlage im Beisein der Projektpartner und Fördermittelgeber eingeweiht.
Effiziente Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen
Das Projekt „IntegrH2ate“ untersucht die Kopplung zwischen PEM-Elektrolyse, Wärmepumpe und Wärmenetz. Die Abwärme aus der Elektrolyse wird durch die Wärmepumpe so aufgewertet, dass diese als Fernwärme im Versorgungsnetz der Stadt dienen kann. Auch der Sauerstoff aus der Elektrolyse ist bei entsprechender Reinheit eine gefragte Handelsware. Die nun erstellte Versuchsanlage dient primär der Betriebsoptimierung des Anlagenkonzeptes und der effizienten Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise. Je nachdem, ob der Fokus auf der Nutzung von grünem Überschussstrom, der Einsparung von fossilen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liegt, ändern sich Betriebsweise und Betriebsparameter.
Skizze der Anlage. Grafik: Fraunhofer IEG / Tobias Sauerstein
„Mit unseren Versuchsanlagen schaffen wir eine Test-Infrastruktur, um industrienahe Prozesse zu testen und zu qualifizieren“, berichtet Clemens Schneider, Projektleiter an der Fraunhofer IEG. „Wir erproben im Technikums-Maßstab, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen. Zudem stellt die Versuchsanlage eine Plattform dar, um zukünftig industrienahe Prozesse für Hersteller und Betreiber zu testen und zu qualifizieren. Beispielsweise die Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlestoffkreisläufe, Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse“, so Schneider. Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membranen, kurz PEM, dienen in der Elektrolyse zur Trennung der beiden Elektroden und lassen nur gezielt Reaktionsprodukte hindurch. PEM-Elektrolyseure besitzen eine gute Teillastfähigkeit und gute Wirkungsgrade. Sie sind unempfindlich gegenüber Lastwechseln. Insofern eignen sie sich besonders für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen.
Abwärme für das städtische Fernwärmenetz
Die „Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte“ (LA-SeVe) entstand mit einer Investition von 2,7 Millionen Euro auf dem Gelände der Stadtwerke Zittau. Der Elektrolyseur ist in einem Containerraum von rund zwölf Metern Länge und 2,5 Metern Breite untergebracht und wird über eine neue Trafostation mit Strom versorgt. Die Wärmepumpe, mit einer Leistung von maximal 105 kW (thermisch), bekam zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik eine fünf mal fünf Meter große Standfläche in einer bestehenden Halle und ist über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden. Die Abwärme aus dem Forschungsbetrieb des Elektrolyseurs geht über die Wärmepumpe in das städtische Fernwärmenetz.
