Grüner Wasserstoff - Geballte Kompetenzen

Bauen Sie auf unsere jahrzehntelange Erfahrung im Bereich Wasserstoff

Das Thema Wasserstoff ist hochaktuell, aber für uns kein Neuland - bereits seit den 1980er Jahren forschen wir zum Thema Wasserstoff. Diese jahrzehntelange Erfahrung und Expertise aus Forschung und Industriepartnerschaften bringen wir in unsere heutige Arbeit ein.

Im Kontext Wasserstoff decken wir mit unserer Forschung ein breites Spektrum ab, da die Wasserstofferzeugung, -speicherung und -nutzung eng verzahnt ist mit unseren Themen Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik. Dabei arbeiten wir besonders im Bereich grüner Wasserstoff, um die Energiewende weiterhin mitzugestalten.

Arbeiten Sie gemeinsam mit uns an der Zukunft von Wasserstoff

Sie haben die Fragen – wir wollen Sie bei den Antworten unterstützen.

  • Sie suchen fundierte Marktanalysen und Prognosen?
  • Sie möchten Bewertungen der Wirtschaftlichkeit und Kosten Ihrer Wasserstoffvorhaben erhalten?
  • Sie benötigen Unterstützung bei der Planung und Simulation von Anlagen und Systemen zur Herstellung von Wasserstoff?
  • Sie suchen Hilfestellung im Bereich Komponenten für die Elektrolyse und Power-to-Gas?
  • Sie suchen Lösungen zur Gleichrichtertechnik, Netzintegration und elektrischen Wasserstoff-Systemtechnik?

Dann sind wir der Richtige Partner an Ihrer Seite. Sie beschäftigen andere Fragestellungen im Kontext Wasserstoff und Power-to-X? Melden Sie sich bei uns – gemeinsam können wir Ihre individuellen Herausforderungen angehen.

 

Themenschwerpunkte

Markt- und
Systembetrachtungen

  • Global, europäisch, innerhalb Deutschlands, bis hin zu der kleinesten Einheit
  • Analysen des Marktumfelds und der Märkte von verschiedenen Wasserstoffanwendungen
  • Identifikation und Analyse von relevanten Marktsegmenten und Branchen
  • Benchmarking-Studien
  • Bestimmung der Marktentwicklung
  • Ermittlung und Prognose von Wasserstoffnachfrage
  • Bestimmung von Wasserstoffpotentialen und Roadmaps

Techno-ökonomische Analysen

  • Wirtschaftlichkeitsanalysen der Wasserstoffproduktion und Anwendung, besonders bei grünem Wasserstoff
  • Kostenermittlung, Analyse und Bewertung der Kostenstruktur
  • Der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit der Flexibilitätsoptionen (Regelreserve, Spitzenausgleich, Intraday-Handel)

Anlagen

  • Elektrolyseurparkdesign (Konzept, Simulation und Bewertung)
  • Echtzeit Modellbildung und Simulation von Komponenten und Anlagen
  • Netzintegration von Elektrolyseanlagen
  • Skalierung in den Technikumsmaßstab
  • Erstellung von Modellen der EE-Gase-Prozesstechnik für den Regelungsentwurf und die Optimierung der Betriebsführung
  • Betriebsführung und Regelung von H2-Systemen für Wind-Solar-Hybridsysteme

Komponenten

  • Entwicklung innovativer Leistungselektronik (Gleichrichter) für netzdienlichen Betrieb von Elektrolyseanlagen
  • Forschung zu Methanisierungsverfahren für Power-to-Gas
  •  Echtzeitfähige Modelle von elektrochemischen Modellen für Elektrolyseure und Brennstoffzellen
  • Forschung zur Gewinnung von grünem Wasserstoff aus Windenergie
  • Home fueling Konzepte

Projekte

HyLeiT

Kostenoptimierte Systemtechnik und Netzintegration von Anlagen für die Erzeugung von grünem Wasserstoff, BMBF, 04/2021 – 03/2025

TransHyDE-Sys

Systemanalyse zu Transportlösungen für grünen Wasserstoff, BMBF, 04/2021 - 03/2025

EnDaSpace

Demonstration von Data Spaces im Energiesektor am Beispiel von grünem Wasserstoff, 09/2020 - 02/2021

50 kWel Power-to-Gas-Anlage

Umsetzung einer Power-to-Gas-Anlage im Technikumsmaßstab zur Direktmethanisierung von Biogas, Land Hessen, 08/2016 - 09/2019

Hintergrundwissen

Wasserstoff ist gerade in aller Munde. Aber Warum? Und was gibt es über Wasserstoff zu wissen? Einige Antworten.

  • Die Abkehr von fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas steht in Deutschland an, wenn wir das 1,5 – bzw. 2-Grad Ziel des Pariser Abkommens einhalten wollen. Und das ist dringend notwendig, wenn wir unseren Beitrag zur Verlangsamung des Klimawandels leisten wollen. Zudem werden Fragen der Versorgungssicherheit im Energiesektor zunehmend wichtiger, die eine Abkehr von Energieträgern wie Gas fordern.

    Es ist essentiell, dass die Umstellung von fossilen Energieträgern zu erneuerbaren Energiequellen beschleunigt wird. Die Erzeugung von Strom aus Wind-, Solar- und Hydroenergie leistet hier bereits einen ersten wichtigen Beitrag. Neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien sind Energiespeichersysteme essentiell, um mit den volatilen Quellen eine kontinuierliche und sichere Stromversorgung garantieren.  Grüner Wasserstoff als Energieträger kann genau diese Lücke füllen, da er eine Speicherung und den Transport von Energie aus erneuerbaren Quellen ermöglicht.

    Zudem muss die Energiewende noch über den Strom-Sektor hinaus vorangetrieben werden. Hierbei kann grüner Wasserstoff eine Schlüsselrolle einnehmen:

    • Wasserstoff kann in der Industrie eingesetzt werden. Wird grüner Wasserstoff verwendet, können Prozesse wie die Stahlproduktion auch ohne fossile Energieträger und damit klimaneutral gestaltet werden.
    • In der Mobilität wird die Bedeutung von Wasserstoff besonders bei dem Schwerlasttransport durch LKWs, Züge, Flugzeuge und Schiffen gesehen – als Ergänzung zu Batterietechnologien.
  • Um grünen Wasserstoff zu erzeugen, wird Strom aus erneuerbaren Energien wie Wasser oder Wind genutzt, um mittels Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen. Dabei wird eine Redoxreaktion erzwungen, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Bei dieser Technologie wird elektrische Energie zu chemischer Energie gewandelt, kurz Power-to-Gas. Dieses Verfahren ermöglicht es bspw. überschüssigen Ökostrom zu speichern mit einem Wirkungsgrad von über 70 %.

  • Die unterschiedlichen Farben des Wasserstoffs beschreiben in welcher Weise der Wasserstoff hergestellt bzw. gewonnen wird.

    Bei der Herstellung von grünem Wasserstoff wird bei der Elektrolyse von Wasser Strom aus erneuerbaren Energien eingesetzt. Grüner Wasserstoff ist dadurch besonders klimafreundlich.

    Bei grauem Wasserstoff wird das Verfahren der Dampfreformierung eingesetzt. Dabei wird aus kohlehaltigen Energieträgern wie Erdgas und Wasser Wasserstoff erzeugt. Es entstehen hierbei ca. 10 Tonnen CO² pro Tonne Wasserstoff, die an die Atmosphäre abgegeben werden. Handelt es sich bei den Energieträgern um Kohle wird zudem in braunen (Braunkohle) und schwarzen (Steinkohle) Wasserstoff unterschieden.

    Bei blauem Wasserstoff wird wie beim grauen Wasserstoff das Verfahren der Dampfreformierung genutzt, allerdings werden bis zu 90% des CO² abgeschieden und im Boden gespeichert (Carbon Capture and Storage, CCS).

    Türkiser Wasserstoff wird mittels Methanpyrolyse, also der Spaltung von Methan produziert. Statt CO² bildet sich hier als Nebenprodukt fester Kohlenstoff. Dieses Verfahren befindet sich noch in der Entwicklung.

    Weißer Wasserstoff bezeichnet die natürlichen Vorkommen von molekularem Wasserstoff in bestimmten Regionen wie bspw. Frankreich oder den USA, der mit verschiedenen Methoden wie bspw. Fracking-Technologien gefördert wird.

  • Bereits heute kann Wasserstoff in begrenzten Mengen von bis zu 10 % in das bestehende Gasnetz eingeleitet werden. Dabei wird der Wasserstoff wie Erdgas verbrannt, wobei lediglich Wasserdampf entsteht und an die Umwelt abgegeben wird. Eine weitere Möglichkeit ist es, aus dem Wasserstoff mittels Brennstoffzellen Wärme und Strom zu gewinnen.

    Die Art und Weise des Einsatzes von Wasserstoff zur Wärmeversorgung ist allerdings noch umstritten, da die Randbedingungen der Studien unterschiedlich sind. Beispielsweise zeigen die Ergebnisse des Kopernikus-Projektes Ariadne, dass zumindest was den Gebäudewärmesektor betrifft, es bereits heute effizientere Alternativen, wie die Wärmepumpe, gibt.  

     

    Weitere Informationen:

Nehmen Sie Kontakt mit uns auf. Wir beraten Sie gerne.

Jochen Bard

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Dipl.-Phys. Jochen Bard

Bereichsleiter Energieverfahrenstechnik

Fraunhofer IEE
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