KIT forscht in drei Leitprojekten an grünem Wasserstoff

Die Bundesregierung investiert viel Geld in den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft. So gibt das Bundesforschungsministerium bis zu 740 Millionen Euro aus, um drei Leitprojekte für die Entwicklung von grünem Wasserstoff voranzutreiben. An allen dreien ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt, wie es am Montag mitteilte.

Das Projekt „H₂Mare“ untersucht Möglichkeiten, grünen Wasserstoff und seine Folgeprodukte direkt auf See mithilfe von Windparks zu produzieren. Die Offshore-Windparks verfügen über eine hohe Zahl an Volllaststunden als vergleichbare Windparks an Land. „H₂Mare“ solle die Grundlagen für die direkte Produktion von grünem Wasserstoff über Wasserelektrolyseuren aus den Offshore-Windkraftanlagen ohne Netzanbindung schaffen. Damit sollen Kosten für die Herstellung des grünen Wasserstoffs gesenkt und dessen Wirtschaftlichkeit erhöht werden. „Am KIT erforschen wir, wie wir aus dem auf einer Offshore-Plattform erzeugten grünen Wasserstoff direkt vor Ort einfach transportierbare Produkte, wie verflüssigtes Methan, flüssige Kohlenwasserstoffe, Methanol und Ammoniak, für die chemische Industrie oder für Kraftstoffe herstellen können“, erklärte Roland Dittmeyer vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. Für den dynamischen Betrieb von direkt an Offshore-Windparks gekoppelten Power-to-X-Anlagen werde auch der eigene Komplex im Energy Lab 2.0 genutzt. Die gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte Plattform „XPlore“ werde zudem einen ersten realitätsnahen Versuchsbetrieb einer vollständigen Power-to-X-Prozesskette in maritimer Umgebung ermöglichen.

Beim Projekt „TransHyDE“ entwickeln, bewerten und demonstrieren die beteiligten Partner wasserstoffbasierte Technologien und Lösungen für den Wasserstofftransport, da grüner Wasserstoff oft nicht dort produziert wird, wo er verbraucht wird. „Flüssiger Wasserstoff weist bei größter Reinheit auch die höchste Energiedichte auf. Am KIT nutzen wir die Energie und die Kälte des flüssigen Wasserstoffs, indem wir sie mit elektrotechnischen Anwendungen vereinen, wie etwa im Energietransport mit Hochtemperatur-Supraleitern oder in den Antriebssträngen von Fahrzeugen“, erklärte Tabea Arndt, Professorin am Institut für Technische Physik (ITEP) des KIT. Der Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern ermögliche es, energieeffizient elektrische Energie und parallel chemische Energie zu transportieren. „Außerdem entwickeln wir Sicherheitsstrategien für Materialien und Handhabung über industrielle Anlagen hinaus“, so Arndt weiter.

Mit „H₂Giga“ wiederum soll die serienmäßige Herstellung von Wasser-Elektrolyseuren erforscht werden. Dabei stünden vor allem Kostensenkungen im Fokus der verschiedenen Verbundprojekte. Bei „HTEL-Stacks – Ready for Gigawatt“ sollen die Stacks, also Zellstapel, für die Hochtemperaturelektrolyse und dazugehörige Produktionsprozesse und -anlagen entwickeln werden. „Die Elektrolyse bei hohen Temperaturen benötigt weniger kostenintensive elektrische Energie und der Mehrbedarf an thermischer Energie kann durch die in der Zelle entstehende Verlustwärme abgedeckt werden. Mit der Hochtemperaturelektrolyse können dann Wirkungsgrade von bis zu 100 Prozent erreicht werden, aktuelle Systeme erreichen bereits über 80 Prozent“, sagte André Weber vom Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien (IAM-ET) des KIT. Sein Institut analysiere dabei vor allem über elektrochemische und elektronenmikroskopische Methoden die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Hochtemperatur-Zellen und Stackkomponenten.

Das zweite Verbundprojekt mit KIT-Beteiligung ist „Stack Scale-up – Industrialisierung PEM Elektrolyse“. Dabei würden neue Stack-Technologien und großserientaugliche Produktionsverfahren für die Niedertemperatur-Elektrolyse entwickelt. Diese Elektrolyse über Polymerelektrolytmembran-Zellen (PEM-Zellen) zeichnet sich durch niedrige Betriebstemperaturen und eine hohe Leistungsdichte aus. „Am KIT charakterisieren und modellieren wir diese elektrochemisch und strömungstechnisch. Mithilfe modellbasierter Optimierungen wollen wir dann neue, leistungsfähigere Stack-Designs entwickeln“, so Weber weiter.