Effiziente, stationäre Wasserstoff- und Energiespeicher

In einem gemeinsamen Projekt mit dem Forschungszentrum Juelich wird an einer neuen Generation von Stromspeichersystemen gearbeitet.

Der nächste Schritt für die Wasserstoffwirtschaft?

Die Speicherung großer Energiemengen im TWh-Maßstab stellt ein zentrales Problem der zukünftigen, zu immer größeren Teilen regenerativen, Energieversorgung dar. Stationäre Strom-zu-Strom-Speicher sollen in Zukunft die Verteilernetze stabilisieren und Zeiten niedriger Energieerzeugung abfangen können. Eine Möglichkeit zur Speicherung großer Energiemengen ist die elektrochemische Erzeugung von Wasserstoff bei Energieüberschuss und dessen bedarfsgerechte Rückverstromung in Zeiten erhöhten Energiebedarfs.
Flüssige organische Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) können sehr große Mengen Wasserstoff bei Umgebungsbedingungen hochkonzentriert in Form einer Flüssigkeit gespeichert werden. Klassische LOHC-Systeme wurden vor allem für den Wasserstofftransport entwickelt. Durch konsequente Weiterentwicklung von Katalysator und Reaktortechnik sind nun jedoch auch effiziente, stationäre Speicherlösungen denkbar.
Entscheidend für die Effizienz eines jeden LOHC-Prozesses ist die Bereitstellung der Reaktionswärme für die Wasserstofffreisetzung. Lassen sich Stromerzeugung mittels Wasserstoff und die Wärmegewinnung für den Prozess gewinnbringend kombinieren, sind für einen solchen Speicherprozess Gesamtwirkungsgrade über 40% möglich.

Prozessschema des mit dem Forschungszentrum Juelich entwickelten stationären Strom-zu-Strom-Speichersystems.

Im gemeinsamen Projekt mit dem Forschungszentrum Juelich wird eine keramische Hochtemperaturbrennstoffzelle in den Speicherprozess integriert. Durch das hohe Temperaturniveau der Brennstoffzelle ist es nun möglich, die bei der Stromerzeugung ohnehin anfallenden Verluste als Prozesswärme für die Dehydrierung zu verwenden. In ersten Versuchsreihen konnte zudem gezeigt werden, dass sich die keramische Brennstoffzelle auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet zur Elektrolyse von Wasser nutzen lässt. Auf diese Weise entfällt die Elektrolysezelle als zusätzlicher Prozessbestandteil für ein stationäres Speichersystem.

Am Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik und Helmholtz-Zentrum Erlangen-Nürnberg wurde zudem bereits der Grundstein für weitere Prozessvereinfachungen und Effizienzsteigerungen gelegt: Die oneReactor-Technologie ermöglicht die Hydrier- und Dehydrierreaktion im selben Reaktor, so dass dynamisch zwischen Speicherung und Freisetzung von Wasserstoff gewechselt werden kann.
Die Kombination beider Entwicklungen stellt demnach den nächsten Schritt hin zu Strom-zu-Strom-Speichern hoher Kapazität dar. Ein Schritt zu dem Forscher am Energie Campus Nürnberg ihren Beitrag leisten.

Dr.-Ing. Patrick Preuster

Arbeitsgruppenleiter
FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik , insbes. Leistungsdichte Apparate für die Energieverfahrenstechnik

Prof. Dr. Peter Wasserscheid

Lehrstuhlinhaber
FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik