Sauberer Wasserstoff kann die Klimabelastung der Industrie reduzieren
Ob als Kraftstoff oder als Speichermedium, Wasserstoff ist eine absolut saubere Energiequelle. Die Verfahren zu seiner Herstellung sind es jedoch nicht, da sie immer noch hauptsächlich auf Strom oder fossile Brennstoffe wie Öl, Gas und Kohle angewiesen sind. Im Rahmen von PROMETEO, einem EU-Projekt, das Anfang des Jahres gestartet wurde, werden Ingenieurinnen daran arbeiten, ein neues System für die grosstechnische Produktion von sauberem Wasserstoff zu entwickeln, das ausschliesslich erneuerbare Energiequellen nutzt. Dies würde dazu beitragen, die Kohlenstoffemissionen vieler grosser Fertigungsindustrien zu senken. Die Forschungsgruppe von Jan Van Herle an der EPFL Valais-Wallis in Sion nimmt an dieser Initiative teil.
Die Idee ist, einen Prototyp zu bauen, der mittels Elektrolyse Wasserstoff aus Wasser gewinnt – das «H» in H2O. Aber anstatt Wasser in seiner flüssigen Form zu verwenden, wie es normalerweise getan wird, wird das neue System die Technologie der Dampf- und Festoxidelektrolyse (SOE) nutzen, die Temperaturen von über 700°C erfordert. Die für den Betrieb des Prototyps benötigte Wärme und Energie wird vollständig aus Sonnenenergie gewonnen.
Es wird erwartet, dass der Prototyp etwa 15 kg Wasserstoff pro Tag produzieren kann. Um der unsteten Natur der Solarenergie, die aus den Schwankungen des Sonnenlichts resultiert, zu begegnen, werden die Ingenieurinnen und Ingenieure eine innovative Strategie für das Management der verschiedenen Phasen der Energieumwandlung (Elektrolyse, Stromerzeugung und Halten des Elektrolyseurs in einem «heissen Stand-by»-Modus) testen. Ihre Strategie sieht vor, die Entnahme aus dem Stromnetz zu minimieren und die Erzeugung aus gespeicherten erneuerbaren Energien zu erhöhen, wenn die Sonnenenergie (oder Windenergie für die Elektrolysephase) nicht verfügbar ist.
©ENEA
«Indem wir die Dampfelektrolyse für die Wasserstoffversorgung nutzen, wird unser System ein Drittel weniger Strom verbrauchen, als derzeit für die Wasserelektrolyse erforderlich ist. Das ist schon eine enorme Ersparnis, denn Strom ist der teuerste Budgetposten bei den Betriebskosten einer Elektrolyseanlage», sagt Van Herle, dessen Gruppe auf SOE spezialisiert ist. «Der eigentliche Vorteil der Festoxidtechnologie ist aber, dass sie auch reversibel ist, das heisst, sie kann bei Bedarf Strom erzeugen, der dann ins Netz eingespeist wird. Unser Konverter wird immer in der einen oder anderen Richtung in Betrieb sein, wodurch das Problem der Unterbrechung überwunden und die Sonnenwärme und -energie am effizientesten genutzt wird. Herkömmliche Flüssigwasser-Elektrolyseure hingegen verbringen viel Zeit im Leerlauf.»
PROMETEO wird von der italienischen Nationalagentur für neue Technologien, Energie und nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung (ENEA) koordiniert, die ein interdisziplinäres Konsortium aus neun europäischen Organisationen, darunter die EPFL, leitet. Dieses kühne, auf 3,5 Jahre angelegte Projekt wurde von der Europäischen Kommission mit 2,5 Millionen Euro gefördert. Es soll dazu beitragen, die Klimaziele der Kommission für 2030 und 2050 zu erreichen, insbesondere durch die Förderung des Einsatzes erneuerbarer Energien in Industrien, die viel Wasserstoff verbrauchen, wie die Petrochemie, die Metallurgie, die Ammoniak- und Methanolsynthese und die Wasserstoff-Brennstoffzellenindustrie. Die PROMETEO-Ingenieurinnen und -Ingenieure werden auch das Potenzial untersuchen, ihren Prozess im industriellen Massstab zu replizieren. SOLIDpower, das Unternehmen, das die Technologie entwickelt hat, hat bereits ein System vorgestellt, das 50 kg Wasserstoff pro Tag produzieren kann, und arbeitet nun an der Skalierung dieses Verfahrens.
