Verbundvorhaben HERA - Grüner Wasserstoff für die Kopplung von nachhaltig erzeugtem Biogas mit Erneuerbaren Energien und Erdgas: hocheffizienter und leistungsfähiger alkalischer Wasserelektrolyseur

Abstract

Das Projekt HERA untersucht die Reduktion des spezifischen Energieverbrauches bei AWE, durch zwei innovative Schlüsseltechnologien i.) eine dünne OH-Ionen leitende polymere Membran auf PBI-Basis statt SdT Diaphragmen und ii.) eine durch Plasmabeschichtung erhaltene hochaktive Ni-Elektrode. Dadurch soll der Energieverbrauch auf 4,0 kWh/Nm3 H2 reduziert werden. Dieses Vorhaben adressiert damit das Ziel einer Leistungsverbesserung aktueller AWEs und bei Verwendung erneuerbarer Energie auch die nationale Wasserstoffstrategie (Elektrolysekapazität von 10 GW bis 2030 sowie Treibhausgasneutralität 2045). Die AWE ist aufgrund der vergleichsweise geringen Investitionskosten und besserer Materialverfügbarkeit bevorzugt für die Hochskalierung der Wasserelektrolyse bis in den Gigawatt-Maßstab geeignet, weist jedoch nach dem aktuellen Stand der Technik Defizite im Bereich der Effizienz sowie Flexibilität auf. Die im Gesamtprojekt sowie im Teilvorhaben des DLR erzielten Ergebnisse leisten wichtige Beiträge zum Fortschritt der deutschen Energiewende und Sektorkopplung, indem das Verständnis der AWE verbessert wird, die Effizienz optimiert und neue Materialien und Zellkonfigurationen analysiert werden. Projektbeiträge auf Zell- Stack und Systemebene liefern Erkenntnisse hinsichtlich Elektrodentechnologie und Integration neuer Substratmaterialien für hocheffiziente Elektroden. Dadurch kann sowohl Effizienz als auch die Flexibilität erhöht werden, da eine Steigerung der maximalen Stromdichte bei gleichzeitigem Beibehalten der minimalen Stromdichte das Betriebsfenster erweitern kann. Neue Beschichtungsmethoden und -materialien wurden getestet, u.a. die Integration der Gasdiffusionsschicht in die Bipolarplatte sowie die Integration einer multifunktionalen Komponente im Labormaßstab. Dadurch ist z.B. eine Verbesserung bei Erbringung von Regelleistung zur Stabilisierung der Stromnetze möglich, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit weiter erhöht.