Das Forschungszentrum Jülich hat einen hochmodernen Teststand für Elektrolyseure zur Produktion von grünem Wasserstoff eingeweiht. Das Besondere: Damit werden echte Industrie-Stacks untersucht, die mit fortgeschrittener Sensorik fortlaufend beobachtet werden. Die Anlage des Projekts DERIEL, das von Siemens Energy koordiniert wird, ist Teil des Wasserstoff-Leitprojektes H2Giga des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Sie soll einen wichtigen Beitrag leisten, um Elektrolyseure „made in Germany“ noch effizienter und langlebiger zu machen.
Der Innovationsbeauftragte „Grüner Wasserstoff“ im BMBF, Till Mansmann MdB, nahm an der Einweihung teil. Ihm wurde bei seinem Besuch auch der Abschlussbericht des Projektes H2ATLAS AFRICA überreicht: In diesem Wasserstoff-Atlas werden Potenziale für die Produktion von grünem Wasserstoff für West-, Ost und das südliche Afrika analysiert und in einer interaktiven Karte festgehalten. Der H2ATLAS AFRICA wurde ebenfalls im Rahmen der Nationalen Wasserstoffstrategie vom BMBF gefördert.
„Mit der Einweihung unseres PEM-Elektrolyse-Teststands aus dem Projekt DERIEL und der Übergabe des Wasserstoffatlasses wollen wir wichtige Impulse für die Wasserstoffwirtschaft in Deutschland“, so Prof. Peter Jansens, Bereichsvorstand Energie des Forschungszentrums Jülich. „Unsere Forschung entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Materialforschung bis zur Marktreife – stärkt nicht nur die technologische Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands, sondern treibt auch die Anwendung innovativer Technologien voran. Mit dem Wasserstoffatlas zeigen wir zudem Potentiale auf, damit wir weltweit von der Energiewende profitieren können.“
Nur noch mit Wasserstoff lassen sich große Teile der Industrie und des Verkehrs klimafreundlich gestalten. Um den Bedarf decken zu können, bringt das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga Elektrolyseure aufs Fließband. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit knapp 500 Millionen Euro – davon rund 100 Millionen Euro für den Verbundprojekt DERIEL.
PEM-Elektrolyseure, die am neuen Teststand erforscht werden sollen, verwenden eine Polymermembran, die auch als Proton Exchange Membrane bezeichnet wird. Elektrolyseure dieses Typs sind mit schnellen Lastwechseln dynamisch betreibbar, und damit besonders gut für den Betrieb mit erneuerbaren Energien geeignet. Die neue Testanlage in Jülich ist für Elektrolyseure realer Größe auf industrieller Skala ausgelegt, und mit modernster Sensorik ausgestattet. „Erstmalig wurde dem Forschungszentrum Jülich ein Teststand für PEM-Elektrolysestacks im Megawattbereich zur Verfügung gestellt“, sagt DERIEL-Verbundkoordinator Dr. Günter Schmid von Siemens Energy.
Wissenschaft und Wirtschaft wollen mit Hilfe des Teststands zahlreiche Parameter untersuchen und optimieren, die für die Kosten und Lebensdauer von Elektrolyseuren maßgeblich sind. „Deutschland will Leitanbieter für Wasserstoff-Technologien werden“, erklärte Till Mansmann, der Innovationsbeauftragte „Grüner Wasserstoff“ des BMBF, bei der Einweihung. „Dazu müssen Elektrolyseure made in Germany effizienter und langlebiger sein als die der Konkurrenz. Genau das machen wir gerade am Forschungszentrum Jülich möglich.“
Das Projekt DERIEL will dazu mit Dutzenden Sensoren auf allen Ebenen, mit Kameras und komplexer Messtechnik die Alterung von Elektrolysezellen besser verstehen. Anschließend sollen die Erkenntnisse aus dem Leitprojekt H2Giga in kommende Elektrolyseur-Generationen einfließen.
„Mit der Erforschung und Weiterentwicklung der Wasserelektrolyse im Megawattmaßstab setzen wir weltweit neue Maßstäbe im Miteinander von Wissenschaft und Wirtschaft“, sagt Prof. Rüdiger Eichel vom Forschungszentrum Jülich. „Die gemeinsame Forschung hilft beiden Seiten: Unternehmen wie Siemens Energy können den wissenschaftlichen Vorsprung in innovative Produkte umwandeln. Gleichzeitig lernt die Wissenschaft viel über die grundlegenden Vorgänge – und zwar im realen System, nicht nur an Modellen.“
Neben der aufwendigen Sensorik am laufenden Elektrolyseur untersucht DERIEL Materialproben aus dem Realbetrieb zusätzlich mit Computertomografie, Elektronenmikroskopie, Kernspinresonanzspektroskopie und Raman-Spektroskopie. Digitale Zwillinge simulieren zudem den kompletten Prozess – von der elektrochemischen Reaktion im Innern über Strömungen und Temperaturen bis hin zur Gesamtanlage.
Das Ergebnis des Projekts H2ATLAS AFRICA ist ein Atlas, der die Regionen Afrikas und ihre Potenziale für grünen Wasserstoff aufzeigt: www.h2atlas.de. Die Karte dient als Werkzeug für Interessengruppen, Wissenschaftler:innen und Entscheidungsträger:innen, um zu bestimmen, welche Standorte für den Aufbau entsprechender Infrastrukturen relevant sein könnten. Der Abschlussbericht des Projektes zeigt, dass Afrika enormes Potenzial hat, um den eigenen Energiebedarf mit erneuerbaren Quellen zu decken und sich darüber hinaus als führender Exporteur von grünem Wasserstoff zu etablieren.
Ziel des Projekts H2ATLAS AFRICA, das zur „Go Green Go Africa“-Initiative des BMBF gehört, ist die Unterstützung einer nachhaltigen und wirtschaftlichen Entwicklung des afrikanischen Kontinents durch eine Wasserstoffwirtschaft. Afrika kann so seine Bedeutung als Exporteur von grünem Wasserstoff auf den internationalen Energiemärkten stärken. Der lokale Energiebedarf wird dabei priorisiert und eine nachhaltige Wasserversorgung in grünen Wasserstoffprojekten von Anfang an berücksichtigt. Dafür arbeitet das Forschungszentrum Jülich mit Partnern in West-, Süd- und Ostafrika zusammen, um sicherzustellen, dass alle relevanten Interessengruppen einbezogen werden und alle lokalen Daten in die Forschung einfließen.
Die größten Potenziale für grünen Wasserstoff pro Fläche bestehen in der Sahara und in der Nama-Karoo Ökoregion im südlichen Afrika. Allerdings haben auch Regionen mit geringeren Flächenpotenzialen sehr bedeutende Qualifikationen für die Erzeugung von grüner Energie und grünem Wasserstoff.
