(Zittau / Deutschland) – Die Stadtwerke Zittau (Sachsen) haben eine Versuchsanlage in Betrieb genommen, bei der die Abwärme einer PEM-Elektrolyse mittels Wärmepumpe genutzt und als Fernwärme aufbereitet ins Versorgungsnetz der Stadt eingespeist wird. Die Anlage diene primär der Betriebsoptimierung zur effizienten Kopplung von Elektrolyseuren und Wärmepumpen bei strom-, wärme- oder wasserstoffgeführter Betriebsweise. Je nachdem, ob der Fokus auf die Nutzung von grünem Überschussstrom, der Einsparung von fossilen Energieträgern oder der optimalen Wasserstoffherstellung liege, änderten sich Betriebsweise und Betriebsparameter.
Vertreter aus Politik und Wirtschaft zur Eröffnung der Versuchsanlage vor dem containerisierten PEM-Elektrolyseur. © Fraunhofer IEG / Paul Glaser
„Mit unseren Versuchsanlagen schaffen wir eine Infrastruktur, um industrienahe Prozesse zu testen und zu qualifizieren“, sagt Clemens Schneider, Projektleiter der Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geotechnologien IEG. „Wir erproben, wie sich die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse bei dynamischer Betriebsweise optimal aufbereiten lassen.“ Zudem könnten mit der Plattform Hersteller und Betreiber industrienahe Prozesse testen und qualifizieren, etwa zur Methanisierung von Kohlendioxid, geschlossene Kohlestoffkreisläufe, Tests von Verdichtern für Sauerstoff und Wasserstoff sowie Wasserstoffbrenner und weitere Komponenten zur Nutzung der Haupt- und Nebenprodukte aus der PEM-Elektrolyse.
Die „Laboranlage Sektorengekoppelte Verwertung der PEM-Elektrolyseprodukte“ (LA-SeVe) entstand mit einer Investition von 2,7 Millionen Euro. Der Elektrolyseur befindet sich in einem Container und wird über eine neue Trafostation mit Strom versorgt. Die Wärmepumpe mit einer Leistung von 105 Kilowatt (thermisch) steht zusammen mit Pufferspeicher, Pumpen und Regelungstechnik in einer nahe gelegenen Halle und ist über einen Wasserkreislauf an den Elektrolyseur angebunden.
Die Wärmepumpenanlage nutzt die Abwärme der PEM-Elektrolyse und bereitet sie auf zur Nutzung im Fernwärmenetz der Stadtwerke Zittau. © Fraunhofer IEG / Paul Glaser
Protonenaustauschmembranen oder Polymer-Elektrolyt-Membranen (PEM) lassen nur gezielt Reaktionsprodukte hindurch. PEM-Elektrolyseure besitzen eine gute Teillastfähigkeit und gute Wirkungsgrade. Sie sind unempfindlich gegenüber Lastwechseln, weshalb sie sich besonders für die Produktion von Wasserstoff mit Strom aus volatilen erneuerbaren Quellen eignen, so die Wissenschaftler. Bei der PEM-Elektrolyse werde ungefähr ein Drittel der eingesetzten elektrischen Energie in Abwärme umgewandelt. Zudem bleibe der beim Elektrolyseprozess anfallende Sauerstoff meist ungenutzt.
Am Standort Zittau forscht das Fraunhofer IEG mit seinem Konsortialpartner Linde GmbH mit Fokus auf regionaler Industrie und kommunaler Wärmeversorgung. Dabei würden industrielle Prozesse sowie Umweltwärmequellen analysiert, um ungenutzte Wärmepotenziale einzubinden. Das Projekt „IntegrH2ate“ ist Teil des Wasserstoff-Leitprojekts H2Giga und befasst sich mit der effizienten Nutzung der Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff aus der PEM-Elektrolyse. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt mit rund zehn Millionen Euro.
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Die Fraunhofer IEG, die Linde GmbH und die Stadtwerke Zittau haben eine Versuchsanlage in Betrieb genommen, bei der die Abwärme einer PEM-Elektrolyse mittels Wärmepumpe genutzt wird. © Fraunhofer IEG / Paul Glaser
