Hydrogen-Terminal in Braunschweig
Grüner Wasserstoff für die Forschung
Am Research Airport in Braunschweig entsteht eine Forschungsumgebung entlang der H2-Wertschöpfungskette. Dort werden sowohl die grüne Wasserstofferzeugung als auch die Speicherung, der Transport sowie der Einsatz von Wasserstoff in der Schwerlastmobilität erforscht. Auf dem etwa 5.000 m2 großen Gelände entstand nach den Entwürfen des Büros jahn architektur eine einzigartige H2-Forschungslandschaft im Reallabormaßstab und damit ein Demonstrator einer zukünftigen Energiezentrale im Megawattbereich.
Der Transport und die Speicherung erneuerbarer Energien gehören zu den größten Herausforderungen der Energiewende. Ein Lösungsweg zeichnet sich in Verbindung mit Technologien rund um den Energieträger Wasserstoff ab. Durch den Bau des Hydrogen-Terminals Braunschweig wird ein Ort zur Kompetenzbündelung der Forschung entlang der H2-Wertschöpfungskette im Megawattbereich geschaffen. Das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit einem Gesamtfördervolumen von über 20 Mio. Euro geförderte Projekt wird als Verbundvorhaben unter der Leitung des Steinbeis-Innovationszentrums energieplus (SIZ energieplus), der Technischen Universität Braunschweig und der Universität Hamburg gemeinsam mit den Projektpartnern BS Energy und dem Fraunhofer-Zentrum für Angewandte Nanotechnologie (CAN) umgesetzt.
Motivation für das Vorhaben
Das Herzstück des Projekts ist derzeit der AEM-Multicore-Elektrolyseur der Firma Enapter mit einer Leistungsklasse von 1 Megawatt, welcher als weltweit erster Prototyp die AEM-Technologie (Anion Exchange Membrane, AEM) nach Braunschweig bringt. Zusätzlich soll auf dem Gelände in den kommenden Monaten die neuartige Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse von STOFF2 zur Wasserstoffproduktion eingesetzt werden. Ergänzend zu den außerhalb des Gebäudes platzierten Elektrolyseuren wurden im Forschungsgebäude Elektrolyseprüfstände eingerichtet, welche die alkalische Elektrolyse und die PEM-Elektrolyse (Proton Exchange Membrane, PEM) beforschen.
Mit den verschiedenen Elektrolysetechnologien ist die essenzielle Bandbreite der bestehenden Erzeugungsansätze für grünen Wasserstoff zum direkten Vergleich innerhalb des Hydrogen-Terminals vertreten. Im Rahmen des Projekts wird für alle Technologien an der Erhöhung des jeweiligen Wirkungsgrads geforscht. Zusätzlich wird im Rahmen des Forschungsprojekts die Erzeugung von Wasserstoff durch (Co-)Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen erprobt und weiterentwickelt.
Status quo in der Umsetzung
Der mit regenerativem Strom erzeugte grüne Wasserstoff aus den Elektrolyseuren wird verschiedenen Nutzungsformen zugeführt. Zum einen wird er in internen Prüfständen verwendet, um Alterungsversuche an Brennstoffzellen- und Elektrolysemembranen durchzuführen. Zum anderen werden weitere externe (Brennstoffzellen-)Prüfstände am Fraunhofer-Zentrum für Energiespeicher und Systeme (Fraunhofer ZESS) und am rund einen Kilometer entfernten Niedersächsischen Forschungszentrum für Fahrzeugtechnik (NFF) per Pipeline mit dem grünen Wasserstoff versorgt.
Parallel zur Versorgung mit Wasserstoff wird das Fraunhofer ZESS mit der Elektrolyseabwärme beliefert. Hierzu wird das Temperaturniveau der Abwärme aus den Elektrolyseprozessen mithilfe einer Hochtemperaturwärmepumpe angehoben und über ein Nahwärmenetz zur Verfügung gestellt. Ergänzend zur Verwendung des Wasserstoffs in den Prüfständen wird dieser genutzt, um die Wasserstoffspeicherung im derzeit weltgrößten Metallhydridspeicher der Firma GKN Hydrogen zu erproben.
Auf dem Gelände des Hydrogen-Terminals wird der produzierte Wasserstoff, neben der Anwendung in Prüfständen, zum Betrieb einer Wasserstofftankstelle des Herstellers Maximator verwendet. An dieser Tankstelle können Schwerlastfahrzeuge bei einer Druckstufe von 350 bar mit grünem Wasserstoff betankt werden.
Weiterhin wird untersucht, wie mit den Elektrolyseuren und den Brennstoffzellen in Verbindung mit einem großen Batteriespeicher (Speicherkapazität: 1,1 MWh) und der Solaranlage das Netz stabilisiert werden kann, wenn konventionelle, fossile Kraftwerke nicht mehr zur Verfügung stehen.
Nachdem im Spätsommer die feierliche Eröffnung stattgefunden hatte, wurden anschließend die zeitintensiven Inbetriebnahmen durchgeführt. Die gemeinsam mit dem TGA-Planer EGS-plan aus Stuttgart ausgelegte Hochtemperaturwärmepumpe von Combitherm ist bereits in Betrieb, ebenso wie die redundanten Propan-Wärmepumpen von Viessmann. Aktuell werden die Lüftungsanlage von Trox und der Elektrolyseur von Enapter in Betrieb genommen. Hierbei wird der zertifizierte Anlagenbauer H2 Core Systems aus Heide auch auf diesem System geschult und ist zukünftig in der Lage, den Bau und die Inbetriebnahme des Nexus1000 selbständig durchzuführen.
Bis Ende des Jahres wird die Batterieanlage durch SMA in Betrieb genommen. Hier arbeiten wir mit dem Vermarkter Next Kraftwerke und dem elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme zusammen, um die netzbildenden Eigenschaften zur Spannungs- und Frequenzstabilisierung des Wechselrichters zu untersuchen.
Abb. 2: Markus Hartwig (r.) und David Sauss (l.) mit Sebastian Sipp, dem Geschäftsführer von STOFF2, auf dem Gelände des Hydrogen-Terminals in Braunschweig
Abb. 2: Markus Hartwig (r.) und David Sauss (l.) mit Sebastian Sipp, dem Geschäftsführer von STOFF2, auf dem Gelände des Hydrogen-Terminals in Braunschweig
Grüner Wasserstoff mit PV vor Ort
Neben der mittlerweile vorgeschriebenen Solarisierung der Dachflächen wurde zur Demonstration auf der verbliebenen Ausgleichsfläche eine Agri-PV-Anlage realisiert. Bei dieser wurde vollständig auf Betonfundamente verzichtet und auf Schraubanker zurückgegriffen. Damit ist die Freiflächen-Photovoltaik vollständig rückbaubar und auch für temporär nutzbare Flächen geeignet. Die erzeugte Strommenge ist nicht ausreichend, um den Strombedarf der Anlagen zu decken; deshalb wird aktuell für die Inbetriebnahmen herkunftszertifizierter Grünstrom am Spotmarkt eingekauft.
Perspektivisch wird auf dem Nachbargrundstück eine 3 MWpeak-Freiflächen-Photovoltaik-Anlage gebaut. Hierfür sind sowohl Leerrohre verlegt als auch ein Einspeisefeld in unserer Mittelspannungs-Kundenanlage vorgesehen. Langfristig werden die direkten, lokalen Erneuerbaren für eine Zertifizierung des grünen Wasserstoffs nicht ausreichen. Hierzu werden wir weitere Direktlieferverträge (PPA) abschließen, um die notwendigen Volllaststunden bzw. Produktionsmengen zu erreichen.
Erweiterung um Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse
Aktuell untersuchen STOFF2 und SIZ energieplus die Einbindung einer sogenannten Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse vor Ort. Dabei handelt es sich um eine neue und innovative Elektrolyse-Technologie. Sie nimmt über vier Stunden Ökostrom auf, speichert die Energie sicher in Form von Zink im Elektrolyseur und entlädt dann über 12 bis 24 Stunden grünen Wasserstoff. Lade- und Entladeprozess können flexibel gesteuert werden. Damit ist sichergestellt, dass zum einen Strom aus erneuerbaren Energien dann geladen wird, wenn er günstig zur Verfügung steht, und zum anderen Wasserstoff genau dann bereitgestellt wird, wenn die Kunden ihn benötigen.
Am Standort des Hydrogen-Terminals in Braunschweig soll die Zink-Zwischenschritt-Elektrolyse die H2-Versorgungssicherheit im Zusammenspiel mit den anderen Komponenten weiter verbessern. Gleichzeitig soll mit dieser Technologie der Grad der Eigennutzung von PV-Strom erhöht werden.
Mit dem Hydrogen-Terminal Braunschweig wurde eine innovative Lern-, Ausbildungs- und Forschungsumgebung für Wasserstoff geschaffen, an der nun weitere Projekte andocken können.
Autoren: David Sauss, siz energieplus, Braunschweig, david.sauss@siz-energieplus.de
Markus Hartwig, STOFF2, Berlin, markus.hartwig@stoff2.com
