Konzept und Entwicklung des großskaligen HTEL Moduls

Projektleiter:

Prof. Dipl.-Ing. Björn Kiefer, Ph.D.Dr.-Ing. Martin Abendroth

Bearbeiter:

M.Sc. Vikas Diddige

Laufzeit:

06/2021 - 03/2025

Motivation:

H2Giga ist eines der drei Wasserstoff-Leitprojekte des BMBF, in dem etwa 120 Institutionen aus Wirtschaft und Wissenschaft – darunter auch die TU Bergakademie Freiberg – an der Herstellung von Grünem Wasserstoff im industriellen Maßstab arbeiten.

Mit Grünem Wasserstoff kann erneuerbare elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und damit speicherbar gemacht werden. Die Speicherung elektrischer Energie wiederum ist eine wesentliche Voraussetzung, um Deutschlands Energiewirtschaft auf regenerative Quellen umstellen zu können. 

Wettbewerbsfähige Herstellung von Grünem Wasserstoff im Gigawatt-Maßstab

Die Herstellung von Wasserstoff aus Wasser und Strom, die „Elektrolyse“, ist ein seit langem bekannter Prozess, der mittlerweile eine beachtliche technische Reife errungen hat. Aktuell ist diese Technologie jedoch noch nicht in großen, für das gesamte Energiesystem relevanten Maßstäben vorhanden. Die Elektrolyseure werden derzeit noch weitgehend in Handarbeit aufgebaut, mit entsprechend hohem Kostenaufwand und geringer Fertigungskapazität. Hier greift das Leitprojekt H2Giga, indem es die Industrialisierung der Wasserelektrolyse zur Herstellung von Grünem Wasserstoff vorbereitet und vorantreibt. Die Partner von H2Giga entwickeln für die Herstellung von Elektrolyseuren Fertigungstechnologien, Automatisierung, Digitalisierung und Methoden zur Qualitätskontrolle und für deren Recycling, sodass die heute noch überwiegende Fertigung mit geringer Automatisierungstiefe auf eine industrielle Serienproduktion für den entsprechenden Markthochlauf umgestellt werden kann.

Das neue H2Giga Projekt

Mit einem Kickoff-Meeting am 8. März 2022, nahm das H2Giga-Projekt „HTEL-Module – Ready for Gigawatt“ die gemeinsame Arbeit zur Entwicklung einer neuen Generation von Hochtemperaturelektrolyse-Modulen auf. Neben der TU Bergakademie Freiberg – vertreten durch das Institut für Mechanik und Fluiddynamik (IMFD) – besteht der Forschungs- und Entwicklungsverbund aus der Firma Sunfire GmbH (Verbundkoordinator), dem DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI), der DBI Gas -und Umwelttechnik GmbH (DBI) sowie weiteren Industriepartnern. Im Fokus des Vorhabens steht das „Scale-up“ von HT-Elektrolyseuren, das heißt, die Realisierung großskaliger Module, als Beitrag zum übergeordneten Ziel von H2Giga-, die serienmäßige Herstellung leistungsfähiger, kostengünstiger Elektrolyseure in Deutschland zu fördern. Das IMFD bringt hierbei insbesondere seine Expertise bzgl. strukturmechanischer Simulationen und experimentell validierter Materialmodellierung ein, und unterstützt somit die Voraus- und Hotbox-Entwicklung der HTEL-Module unter Berücksichtigung realistischer thermo-chemo-mechanischer Einsatzbedingungen. Wichtige Aufgaben betreffen dabei die Bewertung und Vorhersage von Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Elektrolyseure und deren Komponenten.

Dafür werden am IMFD drei Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, im Förderzeitraum bis Juni 2025, unter der Leitung von Prof. Björn Kiefer und Dr. Martin Abendroth experimentelle, theoretische und numerische Arbeiten durchführen und somit helfen, geeignete Werkstoffe und Konstruktionskonzepte für die neue Generation der HTEL-Module zu identifizieren. Das mit rund 1,7 Millionen Euro geförderte Teilprojekt der IMFD wird zudem in das „Zentrum für effiziente Hochtemperatur-Stoffwandlung (ZeHS)“ der TU Bergakademie Freiberg eingegliedert werden, wo exzellente Rahmenbedingungen für die Durchführung des Teilprojektes gegeben sind.

Weitere Informationen unter: www.wasserstoff-leitprojekte.de