HyCentA wird zum COMET-K1-Kompetenzzentrum

Bildtitel: Die vier Forschungsbereiche des HyCentA
Autor: Alexander Trattner, HyCentA Research GmbH, Graz, trattner@hycenta.at
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28. August 2023

HyCentA wird zum COMET-K1-Kompetenzzentrum

Österreich setzt auf H2-Spitzenforschung

Schon seit 2005 existiert Österreichs erstes und fĂŒhrendes Wasserstoffforschungszentrum HyCentA. Nach einem Aufstieg im COMET-Förderprogramm (Competence Centers for Excellent Technologies) setzt es seine Forschung am Campus der TU Graz nun als K1-Kompetenzzentrum fort.

Das HyCentA, Hydrogen Research Center Austria, an der TU Graz ist Österreichs fĂŒhrendes Forschungszentrum fĂŒr Wasserstofftechnologien. Seit der GrĂŒndung im Jahr 2005 ist HyCentA darauf spezialisiert, neuartige technologische Lösungen fĂŒr Elektrolyse, H2-Speicherung und Brennstoffzellen zu entwickeln, Innovationen gemeinsam mit Partnern umzusetzen und Technologien von der Idee bis zur Marktreife zu begleiten.

Alexander Trattner, wissenschaftlicher Leiter des HyCentA, erklĂ€rt: „Wir wollen die nachhaltige Wasserstoffgesellschaft wesentlich voranbringen, denn wir sind ĂŒberzeugt davon, dass grĂŒner Wasserstoff Teil der Lösung fĂŒr ein klimaneutrales Energiesystem sein muss. Die Genehmigung des COMET-K1-Zentrums ermöglicht uns die umfassende Erforschung der besonders zukunftsrelevanten Wasserstofftechnologien Elektrolyseure, Speichersysteme und Brennstoffzellen. Wir können uns damit auch verstĂ€rkt der gesamthaften Betrachtung von Wasserstoff in den Bereichen ElektrizitĂ€t, WĂ€rmeversorgung, Verkehr und Industrie widmen. Basierend auf der jahrzehntelangen Erfahrung in der Forschung und Entwicklung sowie Hunderten von erfolgreich durchgefĂŒhrten Projekten ermöglicht das COMET-K1-Programm langfristig orientierte Forschung am HyCentA.“

COMET-Netzwerk
COMET baut BrĂŒcken zwischen Wissenschaft und Wirtschaft fĂŒr eine nachhaltige Zukunft. Es ist das österreichische Flaggschiff-Programm von Wirtschaft und Wissenschaft zur Förderung von Spitzenforschung. Es fördert den Aufbau von Kompetenzzentren fĂŒr exzellente Technologien – den COMET-Zentren.

Das etwa 80-köpfige Team des HyCentA arbeitet in vier Areas organisiert. Angestrebt wird eine Kostensenkung der Technologien, die Verringerung der Degradation und eine Erhöhung der Effizienz elektrochemischer Zellen. Zudem sollen die ideale Kombination der SchlĂŒsseltechnologien und Optimierungspotenziale durch die Kopplung der Sektoren Energiewirtschaft, Industrie und MobilitĂ€t identifiziert werden. Letztendlich wird dadurch ein höherer Eigenversorgungsgrad mit erneuerbarer Energie, eine Steigerung der Resilienz des Energiesystems und die Standortsicherung durch die Schaffung heimischer Wertschöpfung angestrebt. Insgesamt forschen rund 40 fĂŒhrende nationale und internationale wissenschaftliche Partner und Unternehmen zusammen mit dem HyCentA im COMET-Programm an H2-Technologien.

Area 1: Elektrolyse und Power-to-X

Die Area 1 deckt alle Technologien ab, die der nachhaltigen und emissionsfreien Herstellung von Wasserstoff und Chemikalien zur Speicherung von Wasserstoff dienen. Die wichtigsten Technologien im Bereich der H2-Erzeugung mittels Elektrolyse sind die bereits ausgereifteren AEL und PEMEL, Anwendungen im mittleren Technology-readiness-level (AEMEL und SOEL) und vielversprechende AnsĂ€tze mit niedrigem TRL (PCCEL). ErgĂ€nzend werden AnsĂ€tze fĂŒr die Wasserspaltung durch Solarenergie (Photoelektrolyse) und die elektrochemische Herstellung von Chemikalien wie Wasserstoffperoxid und Ammoniak erforscht.

Das Ziel besteht in der Weiterentwicklung der Technologien, beginnend bei den Materialien ĂŒber Zelle und Stack bis hin zum System. Obwohl die allgemeinen Ziele – Erhöhung der Lebensdauer und der Effizienz sowie Senkung der Kosten – fĂŒr alle Technologien gelten, unterscheiden sich die spezifischen ForschungsansĂ€tze. In Bezug auf Effizienzsteigerung sind Design und Betriebsstrategien zu optimieren. In Anbetracht der langen Lebensdauer von Elektrolyseuren wird ein Schwerpunkt auf beschleunigte Alterungstests gelegt. Im Hinblick auf die Fertigungsprozesse wird auf eine stĂ€rkere Automatisierung der Herstellungs- und Montageprozesse fokussiert.

Area 2: Green Energy and Industry

Die Area 2 konzentriert sich auf SchlĂŒsseltechnologien, die fĂŒr H2-Anwendungen im Energie- und Industriesektor unerlĂ€sslich sind. Es werden stationĂ€re und transportable Speichertechnologien auf der Basis von gasförmigen Druckspeichern, Metallhydridspeichern und der flĂŒssigen Speicherung betrachtet. Synergien aus dem Zusammenspiel von stationĂ€ren und On-board-Anwendungen werden durch die Entwicklung eines intelligenten Zusammenspiels von Verteilungs- und Logistiksystemen mit stationĂ€ren Infrastrukturen genutzt. Geforscht wird unter anderem auch an elektrochemischer Kompression und Aufreinigung sowie an der Verstromung mittels stationĂ€rer Brennstoffzellen. Neben der Effizienz der betrachteten Technologien stehen ebenso die ZuverlĂ€ssigkeit und Sicherheit von Anlagen im Mittelpunkt der Forschung.

Area 3: Green Mobility

Den Schwerpunkt der Area 3 bilden Arbeiten an BZ- und H2-Speichersystemen, insbesondere fĂŒr die MobilitĂ€tsanwendungen. Dazu gehören PEM- und neue AEM-Zellen, Stacks und Systeme sowie optimierte bestehende und alternative Speichersysteme. Die Forschungsarbeiten zielen auf die Generierung eines tieferen VerstĂ€ndnisses der Mechanismen von Brennstoffzellen und Speichersystemen ab, um die Probleme in Bezug auf Leistung, Degradation, Kosten und Industrialisierung zu verstehen und durch geeignete Gegenmaßnahmen zu lösen.

Relevante Ergebnisse fĂŒr die Schnittstellendefinition auf Ebene der Fahrzeugintegration und der Betankungsinfrastruktur werden genutzt, um die bestmögliche Basis fĂŒr zukĂŒnftige Entwicklungen zu schaffen. Wesentliche Erkenntnisse werden fĂŒr eine optimierte Produktion und Fertigung genutzt, um eine schnelle Marktreife und Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

Area 4: Circularity and System Optimization

In Area 4 werden lĂŒckenlose Tool-Chains entwickelt, um resiliente, sektorĂŒbergreifende Energiesysteme auf Basis von erneuerbarer PrimĂ€renergie sowie Wasserstoff zu untersuchen und zu optimieren. Mit diesen Simulationswerkzeugen können Betriebsstrategien fĂŒr PtX-Anlagen entwickelt und Business Cases gestaltet werden.

Neuartige Test- und Messinstrumente fĂŒr Brennstoffzellen und Elektrolyse sowie zugrundeliegende Mess- und Diagnosemethoden werden entwickelt, um Erkenntnisse ĂŒber Degradationseffekte, Gesundheitszustand und vorausschauende Wartung zu gewinnen. Effiziente und kostengĂŒnstige Messwerkzeuge und -systeme werden fĂŒr Anwendungen in der gesamten H2-Wertschöpfungskette umgesetzt, und ein umfassendes Wissen ĂŒber die Eignung und KompatibilitĂ€t von Werkstoffen in Verbindung mit H2-Anwendungen wird aufgebaut.

Zur Gestaltung einer Kreislaufwirtschaft werden Analysen und Konzeptentwicklungen zu systemischen und ökonomischen Marktmodellen und Recyclingpotenzialen synoptisch ĂŒbergefĂŒhrt. DarĂŒber hinaus werden zukĂŒnftige Potenziale von Prozessen und Technologien zum Recycling bewertet und im reprĂ€sentativen Small Scale evaluiert. Ein Ökobilanzmodell fĂŒr Recyclingszenarien wird entwickelt, das neue und recycelte Materialien und Komponenten methodisch gegenĂŒberstellt.

Testcenter fĂŒr H2, BZ, Elektrolyseure

Testing ist integraler Bestandteil des Forschungsportfolios des HyCentA. In den Laboren und PrĂŒfstĂ€nden am HyCentA werden Performance, Sicherheit, Degradationsverhalten und ZuverlĂ€ssigkeit im Realbetrieb mit Wasserstoff geprĂŒft und getestet. HierfĂŒr stehen eine FĂŒlle von PrĂŒfstĂ€nden und Laboren zur VerfĂŒgung, die den hohen und maßgeschneiderten Anforderungen von etablierten Test- und PrĂŒfroutinen genauso entsprechen wie spezialisierten Kundenanforderungen.

Die verschiedenen Tests, die auf den PrĂŒfstĂ€nden und in den Laboren durchgefĂŒhrt werden können, umfassen beispielhaft QualitĂ€tsuntersuchungen, Kalibrierdienstleistungen, Leistungs- und Effizienztests, Sicherheitstests, Lebensdauertests und Tests unter realen Umweltbedingungen. Das 1.200 mÂČ große Testcenter umfasst unter anderem zwei Einzelzellen-ElektrolyseteststĂ€nde, zwei Short-Stack-ElektrolyseteststĂ€nde, einen HochdruckprĂŒfstand bis 1.000 bar mit Klimakammer, zwei MultifunktionsprĂŒfstĂ€nde, einen BZ-KathodensubsystemprĂŒfstand, einen BZ-SystemprĂŒfstand bis 160 kW mit Klimakammer, ein Gasanalyselabor, ein analytisches und elektrochemisches Labor, einen elektrochemischen Kompressionsteststand, eine 350- und 700-bar-H2-Tankstelle, eine Testzelle fĂŒr H2-Permeation und einen Autoklav zur H2-MaterialkompatibilitĂ€tsbestimmmung von Proben.

TU Graz und HyCentA

Das HyCentA ist ein gemeinwohlorientiertes Forschungszentrum. Die Forschenden arbeiten in enger Kooperation mit der TU Graz schwerpunktmĂ€ĂŸig in der industriellen Forschung in den Bereichen Elektrolyse, Brennstoffzelle und H2-Infrastrukturen. Gesellschafter des HyCentA sind neben der TU Graz (50 Prozent Anteile) auch die Forschungsgesellschaft fĂŒr Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, Magna und die OMV. Finanziert wird das COMET-Kompetenzzentrum vom Bund – konkret vom Klimaschutzministerium (BMK) und dem Wirtschaftsministerium (BMAW) – und den BundeslĂ€ndern Steiermark, Oberösterreich, Tirol und Wien. FĂŒr das professionelle Programm-Management ist seit mehr als 20 Jahren die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) verantwortlich.

Die TU Graz ist die traditionsreichste technisch-naturwissenschaftliche Forschungs- und Bildungsinstitution in Österreich. Seit mehr als 50 Jahren forscht die TU Graz erfolgreich in den Bereichen Elektrochemie und Wasserstoff. Heute ist der TU-Graz-Campus mit 160 Köpfen in der H2-Forschung und einer einzigartigen Labor- und Forschungsinfrastruktur in der europĂ€ischen Spitzengruppe. Die TU Graz deckt dabei die gesamte Wertschöpfungskette der erneuerbaren Wasserstoffwirtschaft von Erzeugung ĂŒber Speicherung und Verteilung bis zur Anwendung ab und ist ein One-Stop-Shop der Wasserstoff-Technologieforschung, beginnend bei den Grundlagen bis hin zu angewandten Technologien und systemischen Aspekten.

Quellenangabe: HyCentA

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