Fraunhofer IFF Wasserstoff aus erneuerbaren Energien

Wasserstoff könnte der Energieträger von morgen sein – nicht nur im Auto, ebenso in der Fabrik. Deshalb forscht Fraunhofer an neuen Konzepten. Zunächst entsteht eine Anlage zum Erzeugen von Wasserstoff aus Biomasse.

Wasserstoff ist unverzichtbar für das Gelingen der Energiewende und das Erreichen der Klimaziele. Für die Sektorenkopplung ist er der dringend benötigte Baustein, die Industrie kann er umweltschonend mit Strom, Wärme und Mobilität versorgen. Umweltfreundlich ist Energie aus Wasserstoff jedoch lediglich, wenn er mit regenerativen Energien erzeugt wird. Deshalb entwickelt das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF eine dezentrale und modulare Anlage zur Produktion und Verteilung von grünem Wasserstoff.

In der Theorie funktioniert eine Wasserstoffanlage so: Strom aus regenerativen Energien wird in Wasserstoff umgewandelt, um damit beispielsweise Brennstoffzellenfahrzeuge anzutreiben. Forscher des Fraunhofer IFF in Magdeburg gehen noch einen Schritt weiter: Mit der Wasserstofffabrik der Zukunft wollen sie ein Konzept etablieren, um grünen Wasserstoff dezentral und modular für Industrie, Gewerbe und Verkehr entlang der Wertschöpfungskette zu produzieren und zu verteilen.

»Mit dem Strom aus Sonne und Wind wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten – als Elektrolyse bezeichnet. Wasserstoff wird gespeichert und mithilfe von Brennstoffzellen in Fahrzeugen wieder in elektrische Energie zum Fahren umgewandelt. Hier denken wir vor allem an Fahrzeugflotten mit Kleintransportern und Gabelstaplern, die in Industrie- und Gewerbeparks unterwegs sind«, erläutert Dr. Torsten Birth, Wissenschaftler am Fraunhofer IFF. »Darüber hinaus wollen wir die Industrie mit Strom, Gas und Wärme versorgen. Der bei der Elektrolyse entstehende Wasserstoff lässt sich ins Gasnetz einspeisen, als Treibstoff nutzen, in Methan oder Methanol umwandeln und der Industrie als Rohstoff zur Verfügung stellen«.

Kopplung mit Biogas

Um das Konzept der Wasserstofffabrik umsetzen zu können, entwickeln die Forscher modular erweiterbare Teilkomponenten, die – miteinander vernetzt – in Gewerbe- und Industrieparks realisierbar sind. Abhängig von den Gegebenheiten vor Ort werden für die Erzeugung des Wasserstoffs elektro- oder biochemische Verfahren genutzt. Da nicht überall Wind- und Photovoltaikanlagen zur Verfügung stehen, wollen die Forscher ebenfalls Biogasanlagen für die Wasserstoffproduktion verwenden. Eine Pilotanlage bei Gommern in Sachsen-Anhalt ist bereits in Planung.

Im Projekt »HyPerFerMent« arbeitet das Fraunhofer IFF gemeinsam mit MicroPro und Streicher Anlagenbau an der regenerativen Wasserstoffproduktion aus Biomasse. Mit einem speziellen Gärungsverfahren, ähnlich dem der Biogasproduktion, und unter Einsatz bestimmter Mikroorganismen wollen die Projektpartner Wasserstoff direkt aus organischen Reststoffen erzeugen. Als Stoffwechselprodukt bestimmter Bakterien entsteht ein Gasgemisch aus H2 und CO2 mit 50 bis 60 Prozent Wasserstoffgehalt, das mit nachfolgender CO2-Abtrennung problemlos aufreinigbar ist.

Mobile Wasserstofftankstelle

Mit dem Kleinverteilsystem »Mobile Modular H2 Port« (MMH2P) realisieren die Forscher des Fraunhofer IFF in Zusammenarbeit mit der Anleg GmbH eine Teilkomponente: eine mobile, modulare Wasserstofftankstelle für Kurzstrecken unter 200 Kilometer. Auf einem Kleinanhänger befinden sich erweiterbare Druckspeichersysteme mit Kompressoren, die sich betanken lassen und zudem in der Lage sind, Wasserstoff abzugeben.

Verwenden des Sauerstoffs

Doch was passiert mit dem Sauerstoff, der in der Anlage ebenso entsteht wie Wasserstoff? Er ist etwa für Schweißprozesse oder zur Ozonierung für Kläranlagen nutzbar. Mit der Zufuhr von Ozon lassen sich problematische Mikroverunreinigungen wie Pharmaka, Pflanzenschutzmittel oder Kosmetika aus Abwässern entfernen. Ein weiteres Anwendungsszenario: In der Landwirtschaft ist der Sauerstoff für die Entschwefelung der Biogasanlage nutzbar.