Elektrolyse und Power-to-Gas

Wasserstoff durch Elektrolyse – ein zentraler Baustein für die intersektorale Kopplung in der Energiewirtschaft!

Die elektrochemische Spaltung von Wasser in Elektrolyseuren ist ein sauberes und effizientes Verfahren zur Wasserstofferzeugung. Sofern Strom aus erneuerbaren Energiequellen verwendet wird, kann grüner Wasserstoff als speicherbarer und universeller Energieträger erzeugt werden, der später bedarfsgerecht in verschiedenen Anwendungen der Energiewirtschaft, im Verkehrsektor oder der chemischen Industrie zum Einsatz kommt. Es ergibt sich so die Möglichkeit, trotz des stark volatilen und stetig steigenden Stromangebots durch erneuerbare Energien eine sichere Energieversorgung zu gewährleisten und in einem zukünftigen Energiesystem sogar eine saisonale Langzeitspeicherung zu ermöglichen.

Vor allem die PEM-Elektrolyse, bei der eine Protonen-Austausch-Membran (Proton Exchange Membrane, PEM) zum Einsatz kommt, eignet sich zur Kopplung mit erneuerbaren Energien, da dieses Verfahren sehr gute Wirkungsgrade bei hohen Stromdichten ermöglicht und auch bei hohen Drücken sehr dynamisch in einem weiten Betriebsfenster bei Teillast und Überlast betrieben werden kann. Das Fraunhofer ISE beschäftigt sich daher seit über 25 Jahren mit der Komponenten- und Systementwicklung sowie Integration von PEM-Elektrolyseuren in das Energiesystem.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte im Geschäftsfeldthema sind:

• Entwicklung von standardisierten Messverfahren zur Charakterisierung von PEM-Elektrolyseuren
• Evaluierung von neuen Zellkomponenten und -stapeln für die PEM-Elektrolyse
• Beschichtungsstrategien als Korrosionsschutz von Bipolarplatten und porösen Stromabnehmern
• Untersuchung von Alterungsmechanismen in PEM-Elektrolysezellen und Ableitung von Schnellalterungstests
• Qualifizierung von kompletten Prototypen bis in den dreistelligen kW-Bereich
• Untersuchungen zur Netzdienlichkeit von Elektrolyseuren
• Analyse von Kostenstrukturen verschiedener Elektrolysetechnologien
• Stationäre Bilanzierung und dynamische Systemmodellierung von Elektrolyseuren und Power-to-Gas-Anlagen zur Wasserstoffertragsprognose und Optimierung von Betriebsführungskonzepten
• Entwicklung von Geschäftsmodellen für den wirtschaftlichen Einsatz von Elektrolyseuren im Energiesystem
• Technologie- und Marktstudien