Die nachhaltige Energiewirtschaft setzt unter anderem auf die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff. Um der angedachten Energiewende gerecht zu werden, wird es neben Importen auch effiziente, also kostengünstige heimische Elektrolyseure benötigen, die aus grünem Strom Wasserstoff erzeugen und die Nebenprodukte Sauerstoff und Wärme wirtschaftlich nutzen. Den Weg dahin soll die neue Versuchsanlage „LA-SeVe“ (Laboranlage Sektoren-gekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte) in Zittau aufzeigen, die im Rahmen des Projektes „IntegrH2ate“ aufgebaut wird. Nach der jetzt erteilten Baugenehmigung steht der Fertigstellung der Anlage bis Anfang 2025 nichts mehr im Wege.

Elektrolyseure und Wärmepumpen Hand in Hand

Am Standort Zittau in der Oberlausitz forscht die Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG seit 2023 konkret, anwendungsnah und mit Blick auf die regionale Industrie und kommunale Wärmeversorgung. Im Fokus stehen dabei Technologien zur effizienten Wandlung verschiedener Energieformen wie Strom und Wärme. Das eingangs erwähnte Projekt „IntegrH2te“ untersucht die Kopplung zwischen PEM-Elektrolyse, Wärmepumpe und Wärmenetz. Die Abwärme aus der Elektrolyse soll durch die Wärmepumpe so aufgewertet werden, dass diese als Fernwärme im Versorgungsnetz der Stadt dienen kann. Auch der Sauerstoff aus der Elektrolyse ist bei entsprechender Reinheit eine gefragte Handelsware. Die nun genehmigte Versuchsanlage dient primär der Betriebsoptimierung des wegweisenden Anlagenkonzeptes und der effizienten Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise. Je nachdem, ob der Fokus auf der Nutzung von grünem Überschussstrom, der Einsparung von fossilen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liegt, ändern sich Betriebsweise und Betriebsparameter. Mit der Anlage in Zittau prüft das Projektteam nun in der Praxis die Konzepte, die es in den vergangenen Jahren entwickelt hat.

PEM-Elektrolyseure besonders gut geeignet

„Mit unseren Versuchsanlagen schaffen wir eine Test-Infrastruktur, um industrienahe Prozesse zu testen und zu qualifizieren“, sagt Clemens Schneider, Projektleiter am Fraunhofer IEG. „Wir wollen im Technikumsmaßstab erproben, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen. Zudem stellt die Versuchsanlage eine Plattform dar, um zukünftig industrienahe Prozesse für Hersteller und Betreiber zu testen und zu qualifizieren, etwa die Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlestoffkreisläufe, Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse“, so Schneider weiter. Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membrane, kurz PEM, dienen in Elektrolyse zur Trennung der beiden Elektroden und lassen nur gezielt Reaktionsprodukte hindurch. PEM-Elektrolyseure besitzen eine gute Teillastfähigkeit und gute Wirkungsgrade. Sie sind unempfindlich gegenüber Lastwechseln. Insofern eignen sie sich besonders für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen.

Kompakter Aufbau

Die „LA-SeVe“ wird mit einer Investition von 2,7 Millionen Euro auf dem Gelände der Stadtwerke Zittau entstehen. Der Elektrolyseur findet in einem Containerraum von rund 12 Meter Länge und 2,5 Meter Breite Platz und wird über eine neue Trafostation mit Strom versorgt. Die Wärmepumpe mit einer Leistung von maximal 105 Kilowatt (thermisch) bekommt zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik eine fünf mal fünf Meter große Standfläche in einer bestehenden Halle und wird über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden. Die Abwärme aus dem Forschungsbetrieb des Elektrolyseurs geht über die Wärmepumpe in das städtische Fernwärmenetz.

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