Entwicklung und Design von modularen, innovativen und kosteneffizienten PEM-Elektrolyse-Komponenten und Aufbau einer nachgeordneten Kompressionsanlage

Projektziele

Das Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Optimierung des Gesamtsystems Elektrolyseanlage und die Schaffung von Voraussetzungen für die Entwicklung und den Betrieb von künftigen Großelektrolysesystemen.

Die besondere Herausforderung im Elektrolysebetrieb ist das Spannungsfeld zwischen stark fluktuierendem Energieinput (z.B. bei einer direkten Kopplung mit einem Windpark) und kontinuierlichem Wasserstoffbedarf einer Vielzahl von Industrieprozessen oder der Einbindung eines solchen Großelektrolysesystems in eine Speicherinfrastruktur zur grundlastfähigen Energiespeicherung und systemdienlichen Energiebereitstellung. Besonders wichtig sind dabei die Teillastfähigkeit und Dynamik der Elektrolyseanlage und damit auch der wesentlichen Komponenten (wie Membran und Leistungselektronik) sowie die Schnittstellengestaltung zur Infrastruktureinbindung (wie z.B. Kompression oder Entspannung des entstandenen Wasserstoffs für spezielle Anwendungen). Der nominale Gesamtwirkungsgrad sowie die spezifischen Kosten müssen dabei jedoch im Blick gehalten werden. Verbesserte Teilkomponenten und Systemlösungen sind dringend erforderlich, um die Sektorenkopplung erfolgreich zu vollziehen, erneuerbare Energien stabil in das nationale Energiesystem zu integrieren und die Dekarbonisierung der Industrie voranzubringen. Daher werden im Verbundverhaben folgende Teilkomponenten des Elektrolysesystems optimiert: die CCM (catalyst coated membrane), die Leistungselektronik und die nachgeordnete Kompressionsanlage. Weiterhin wird eine übergeordnete sicherheitstechnische Anlagensteuerung entworfen.

Anwendung

Das durch die Verbundpartner im Projekt generierte Wissen leistet einen wertvollen Beitrag zur Markteinführung von PEM-Elektrolyseanlagen in Deutschland und trägt somit zur Sicherung und zum weiteren Ausbau des Know-hows im Bereich der Herstellung und Optimierung von Teilkomponenten (CCM, Leistungselektronik, Sicherheitssteuerung und Kompression) in flexiblen Einsatzszenarien mit unterschiedlichen Druckanforderungen bei. Es wird die Entstehung eines neuen Marktes für die Wasserstoffspeicherung im Bereich der dezentralen Energieerzeugung erwartet, speziell für den Markt der Nutzfahrzeuge, in dem Kolbenverdichter sinnvoll eingesetzt werden können, bisher aber nur als Sonderanfertigungen existieren. Im Bereich der CCMs werden neue optimierte Materialien erwartet, die langfristig die Lebensdauer und Investitionskosten von Elektrolyseanlagen senken können.

Aufbauend auf den Ergebnissen der Demonstratoren im Bereich der Leistungselektronik sollen diese im Anschluss weiter zu Prototpyen ausgebaut, optimiert und finalisiert werden.

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