Wasserstoff-Technologien Grüner Wasserstoff soll kostengünstig werden

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Lässt sich Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen günstig und netzfreundlich erzeugen? Forscher der Professur Leistungselektronik an der TU Dresden suchen im Rahmen des H2Giga-Projekts HyLeiT nach Antworten.

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Grüner Wasserstoff: lässt sich als energiereicher Brennstoff in der Industrie und Luftfahrt nutzen und kann Schwankungen regenerativer Energiequellen ausgleichen.
Grüner Wasserstoff: lässt sich als energiereicher Brennstoff in der Industrie und Luftfahrt nutzen und kann Schwankungen regenerativer Energiequellen ausgleichen.
(Bild: TU Dresden)

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Das Erreichen der Klimaneutralität in Deutschland bis zum Jahr 2045 erfordert eine Transformation in nahezu allen Lebensbereichen. Erneuerbare Energien werden zukünftig das Rückgrat moderner Volkswirtschaften darstellen. Häufig müssen etablierte Technologien, die auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basieren, durch elektrische Alternativen ersetzt werden. Dies wird besonders beim Thema Elektromobilität deutlich.

Stahlindustrie braucht energiereiche Brennstoffe

In der Praxis können jedoch nicht alle Prozesse auf die Nutzung energiereicher Brennstoffe verzichten. So sind zum Beispiel die Stahlindustrie oder der Flugverkehr auf energiereiche Brennstoffe angewiesen. Gleichzeitig stellt die hohe Volatilität, also die intensiven Schwankungen regenerativer Energiequellen, die Elektroenergieversorgung vor große Herausforderungen. Für beide Probleme stellt die Erzeugung von Grünem Wasserstoff eine attraktive Lösung dar. So kann mit überschüssiger Elektroenergie Wasserstoff erzeugt und als regenerativer Brennstoff verwendet werden.

Jährlicher Wasserstoffbedarf von mehreren 100 Millionen Tonnen

Allein in Deutschland wird der zukünftige jährliche Wasserstoffbedarf mehrere 100 Millionen Tonnen betragen. Das Thema Wasserstoff stellt für die deutsche Industrie eine große Chance dar, die Zukunft zu gestalten. Notwendig sind effiziente, langlebige, robuste, kostengünstige, skalierbare und netzfreundliche Elektrolyseanlagen.

Neue Generation von Elektrolysestromrichtern

Die Energieversorgung ist eine zentrale Komponente einer Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage. Das Ziel des H2Giga-Projektes HyLeiT ist eine neue Generation von Elektrolysestromrichtern und elektrischer Systemtechnik für die Wasserstoffelektrolyse. Im Vergleich zu dem heutigen Stand der Technik sollen durch neue Technologien die Systemkosten der Elektrotechnik vom Netzanschlusspunkt bis zum DC-Anschluss am Elektrolyseur halbiert, sowie Zuverlässigkeit, Sicherheit und Elektroenergiequalität erhöht werden. Dabei sind die gesamte Wirkungskette vom elektrischen Netz bis zur Gasverteilung, die Einbettung in Szenarien mit 100% regenerativer Energie und die weltweite Einsetzbarkeit zu berücksichtigen.

Enge Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie

In dem H2Giga-Projekt HyLeiT arbeiten Akteure aus Wissenschaft und Industrie eng zusammen, um eine praxisnahe Forschung und Entwicklung zu gewährleisten. Zu den Projektpartnern gehören das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE (Projektkoordinator), SMA Solar Technology, Infineon, die Technische Universität Dresden und die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg. Das H2Giga-Projekt HyLeit wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Der TU Dresden werden dazu etwa 3,6 Mio. € zur Verfügung gestellt.

Die Wasserstoff-Leitprojekte In den Wasserstoff-Leitprojekten arbeiten über 240 Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammen. Im Frühjahr sind die Projekte auf Basis unverbindlicher Förder-Inaussichtstellungen gestartet. Insgesamt wird die Förderung etwa 740 Millionen Euro betragen.

Beitrag zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie

HyLeit ist Teil des Leitprojekts H2Giga. Insgesamt drei Wasserstoffleitprojekte des BMBF leisten einen zentralen Beitrag zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung. In Summe bilden diese die größte Förderinitiative des Bundesforschungsministeriums zum Thema Energiewende überhaupt. Sie setzen somit einen entscheidenden Impuls für Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft.

Beteiligungen der TU Dresden

Drei Professuren der elektrischen Energietechnik der TU Dresden sind an dem H2Giga-Projekt HyLeit beteiligt. An der Professur Leistungselektronik wird an einer neuen Generation von Elektrolysegleichrichtern geforscht, die sich durch reduzierte Kosten sowie eine Erhöhung der Effizienz, Leistungsdichte und Energiequalität auszeichnen. Dieser im Gesamtprojekt wichtige Teilaspekt stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer technisch und wirtschaftlich optimierten Lösung der Elektrolyse-Energieversorgung dar.

Elektrische Verbindungstechnik in Elektrolysegleichrichtern

Zur Erhöhung der Effizienz und Zuverlässigkeit forscht die Professur Hochspannungs- und Hochstromtechnik an der elektrischen Verbindungstechnik in Elektrolysegleichrichtern. Dabei stehen insbesondere die thermische Auslegung sowie Untersuchungen zum Kontakt- und Langzeitverhalten im Vordergrund. Die Professur für Elektroenergieversorgung untersucht neuartige Schutzkonzepte für die elektrische Systemtechnik. Hierzu müssen Fehler zuverlässig erkannt und selbständig geklärt werden, wodurch die Robustheit des Systems steigt. Die ausgezeichnete Abstimmung der Forschungsschwerpunkte und –aufgaben sowie eine enge Kooperation der beteiligten Ingenieure ermöglichen die Erarbeitung eines optimalen Gesamtkonzepts für Topologie und Komponenten.

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