Neue Versuchsanlage zur gleichzeitigen Effizienzsteigerung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen – pv magazine Deutschland

In Zittau wird die neue »Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte« (LA-SeVe) der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG entstehen. Die Stadt erteilte nun die Baugenehmigung, wie die Forscher am Mittwoch mitteilten. So soll die Versuchsanlage für rund 2,7 Millionen Euro bis Anfang 2025 auf dem Gelände der Standwerke Zittau entstehen. Dazu gehört ein Elektrolyseur, der sich in einem Containerraum von rund 12 Meter Länge und 2,5 Meter Breite befinden wird und über eine neue Trafostation mit Strom versorgt wird. Des Weiteren wird eine Wärmepumpe mit einer Leistung von maximal 105 Kilowatt (thermisch) in einer bestehenden Halle zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik aufgestellt und über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden. Die Abwärme aus dem Forschungsbetrieb des Elektrolyseurs geht über die Wärmepumpe in das städtische Fernwärmenetz, so die Forscher weiter.

Die Versuchsanlage ist Teil des Projekts »IntegrH2ate«, in dem die Kopplung zwischen PEM-Elektrolyse, Wärmepumpe und Wärmenetz untersucht wird. Die Abwärme aus der Elektrolyse soll dabei durch die Wärmepumpe so aufgewertet werden, dass sie als Fernwärme im Versorgungsnetz der Stadt dienen kann. Der Sauerstoff aus der Elektrolyse sei bei entsprechender Reinheit ebenfalls eine gefragte Handelsware, erklärten die Forscher. In der Versuchsanlage wird primär die Betriebsoptimierung des Anlagenkonzeptes und die effiziente Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise getestet. Betriebsweise und -parameter werden dabei geändert, je nachdem ob der Fokus auf der Nutzung des Überschussstroms aus Erneuerbaren-Anlagen, der Einsparung fossiler Energieträger oder der optimalen Wasserstoffherstellung liege. Konzepte dafür hätten die Forscher der Fraunhofer-IEG bereits in den vergangenen Jahren entwickelt. Nun können sie in der Praxis getestet werden.

»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 Technikums-Maßstab erproben, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen.“ Die Versuchsanlage sei zudem als Plattform gedacht, um industrienahe Prozesse für Hersteller und Betriebe zu testen. Dabei gehe es unter anderem um die Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlenstoffkreisläufe, Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoff-Brenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse.

PEM steht für Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membrane. Die PEM-Elektrolyseure haben eine gute Teillastfähigkeit und hohe Wirkungsgrade. Zudem gelten sie als unempfindlich gegenüber Lastwechseln. Daher seien sie gut geeignet für die Produktion von grünem Wasserstoff aus volatilen erneuerbaren Quellen wie Photovoltaik und Windkraft.