„Die Wasserstofferzeugung mit grünem Strom auf dem Meer hat einige Vorteile: Wind ist nahezu immer verfügbar. Das ermöglicht eine stetige Stromproduktion. Außerdem entfallen Restriktionen wie Abstandsregelungen an Land. Andererseits findet die Elektrolyse auf offener See unter robusten Bedingungen statt. Darauf müssen das Gesamtsystem sowie die einzelnen Komponenten ausgelegt werden, damit sie zuverlässig über viele Jahre funktionieren und mit ihnen eine maximale Ausbeute der Windenergie erreicht wird“, sagt Mark Richter, Hauptabteilungsleiter Zukunftsfabrik am Fraunhofer IWU.

Belastbarer Forschungs-Stack für die Offshore-Elektrolyse

Die Wissenschaftler:innen entwickeln deshalb einen Forschungs-Stack, in dem sie neuartige Bipolarplatten für die Anwendung der Wasserstofferzeugung auf dem Meer erproben wollen. Stacks sind wesentliche Komponenten von Elektrolyseuren. Sie bestehen aus zahlreichen Zellen, in denen wiederum Bipolarplatten wichtige Bestandteile sind. „Das Design der Bipolarplatten bestimmt maßgeblich den Wirkungsgrad, die Funktionalität und die Lebensdauer der Zelle und damit des gesamten Stacks. Wir suchen nach geeigneten Materialien und deren gezielter Anwendung für den Einsatz im Offshore-Bereich. Ebenso geht es um Produktionsverfahren für eine zukünftige Serienfertigung dieser Platten, die ein Höchstmaß an Flexibilität bezüglich der technologischen Eigenschaften der Platten, der verwendeten Materialien und Beschichtungsstrategien erlauben“, so Richter.

Röhrenspeicher: Wasserstoff ist aggressiver als Erdgas

Neben effizienten und zuverlässigen Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff ist eine ebensolche Speicherung von Bedeutung. Hierzu erfolgen im Projekt H2Wind umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Röhrenspeichern für den Offshore-Einsatz. Während sich diese Behälter bei der Erdgasspeicherung bereits seit langem bewähren, sind für Wasserstoff noch einige Hürden zu nehmen: „Bisher weitestgehend ungeklärt ist, wie Wasserstoff auf das Material und die Schweißverbindungen der Rohre wirkt. Die Speicher sind außerdem einer wechselnden Beanspruchung ausgesetzt. Sie müssen häufige Befüllungs- und Entleerungszyklen bei gleichzeitig auftretenden hohen Drücken von mitunter mehreren 100 bar aushalten. Untersuchungen zur Materialermüdung sowie zur Gestaltung der Betriebsführung für einen langlebigen Einsatz der Röhrenspeicher sind deshalb weitere wesentliche Aufgabenstellungen im Projekt“, erläutert Richter. Dafür bauen die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer Hydrogen Lab in Görlitz einen entsprechenden Röhrenspeicher auf, um verschiedene Verfahren und Szenarien für einen optimalen Betrieb zu testen.

Digitale Zwillinge für Wasserstofferzeugung auf dem Meer

Um die Funktionsweise und Wirtschaftlichkeit der neuen Wasserstofftechnologien und -systeme zu beurteilen, wollen die Wissenschaftler:innen digitale Werkzeuge nutzen. „Wir bilden die einzelnen Komponenten des H2Wind-Projektes informationstechnisch ab und erstellen eine Modellbibliothek von Digitalen Zwillingen, welche miteinander kommunizieren. Damit können die im Projekt entwickelten Simulationsmodelle zentral verwaltet werden“, sagt Marc Münnich, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWU. Auf dieser Basis werden verschiedene industrielle Nutzungsmöglichkeiten des grünen, also aus erneuerbaren Energien gewonnenen Offshore-Wasserstoffs analysiert, Beispielszenarien entwickelt, miteinander verglichen und bewertet. Die Modellierung erfolgt auf Bauteil-, Komponenten- und Systemebene, um sowohl Steuerungs- und Regelungs-Prozesse mit einer Dauer von wenigen Millisekunden abzudecken als auch Gesamtbetrachtungen über Tage und Jahre zu realisieren.

H2Wind als Teil der drei Wasserstoff-Leitprojekte des Bundes

H2Wind erhält eine Förderung von 3,5 Millionen Euro und ist ein Teilvorhaben von H2Mare, einem der drei Wasserstoff-Leitprojekte des Bundes. In das mit mehr als 100 Millionen Euro geförderte und bis 31. März 2025 laufende Leitprojekt sind ca. 35 Partner integriert.

29.9.2021 | Quelle: Fraunhofer IWU | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH