Studie zu verschiedenen Anwendungen Neue mögliche Speichertechnologien für grünen Wasserstoff

Der Anteil von erneuerbaren Energien in Deutschland wächst kontinuierlich. Den größten Teil davon machen Windkraft und Photovoltaik aus – Energieträger mit vielen ökonomischen Vorteilen, aber auch mit Abhängigkeit von Witterung, Tages- und Jahreszeit. Daher wird die Speicherung von großen Mengen an Energie, die flexibel verstromt werden kann, für das zukünftige Energiesystem notwendig sein.

Eine mögliche Lösung bietet grüner Wasserstoff: Der Energieträger kann über längere Zeit gespeichert und außerdem in dieser Form über große Distanzen für den Transport der Energie genutzt werden. Es kommt jedoch auf effiziente und sichere Speichertechnologien an. Das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO hat zusammen mit der Dualen Hochschule Baden-Württemberg Heilbronn verschiedene Speichermöglichkeiten von grünem Wasserstoff in Quartieren, an Unternehmensstandorten oder auf Campusgeländen analysiert und die Ergebnisse in der Studie „Wasserstoffspeicher für dezentrale Energiesysteme“ zusammengefasst.

Vorteile durch dezentrale Energieerzeugung und -speicherung

Der Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert eine umfassende Umgestaltung des Energiesystems: Im Vergleich zum aktuell überwiegend zentralen, auf Importen basierenden System zielen dezentrale Systeme auf eine größere regionale Unabhängigkeit durch verstärkte Eigenproduktion von Energie und Wasserstoff ab. „Dezentrale Energiesysteme bieten für Unternehmen die Möglichkeit, durch Unabhängigkeit vom Energiemarkt Kosten zu sparen sowie Emissionen zu reduzieren“, sagt Timo Stöhr, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungs- und Innovationszentrum KODIS des Fraunhofer IAO.

Die dezentrale Wasserstofferzeugung eröffnet zudem vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, wie den Einsatz als Kraftstoff für emissionsfreie Flurförderzeuge in der Intralogistik oder als CO₂-freies Prozessgas in industriellen Verfahren wie beispielsweise der Ammoniakherstellung oder der Methanisierung. Ähnliche Vorteile der dezentralen Energieversorgung und Speicherung hätten auch Wohnquartiere, Gewerbegebiete oder Campusgelände.

Besonders geeignete Speichertechnologien

Physikalische, chemische oder reine Wasserstoffspeicher – die Studie bietet eine Übersicht über die aktuell verbreiteten und vielversprechendsten Speichertechnologien. „Jede Speichermöglichkeit bietet aufgrund ihrer Eigenschaften spezifische Vor- und Nachteile. Daher haben wir die Eignung der verschiedenen Speichertechnologien anhand der Kriterien Verfügbarkeit der Hardware, technologische Reife, Sicherheit, Effizienz und Platzbedarf bewertet“, erklärt Sven Christian von der DHBW Heilbronn.

Als besonders geeignet werden die Speicherarten Druckgasspeicher (200 bis 300 bar), Flüssiggasspeicher, Metal-Organic Frameworks (MOFs), Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC), Methanol und Methan eingeschätzt.

Simulation für ein dezentrales Energiesystem

Um die ökonomische und ökologische Rentabilität besser einschätzen zu können, simulierten die Forschenden des Fraunhofer IAO im Rahmen dieser Arbeit ein dezentrales Energiesystem mit dem am Institut entwickelten Local Energy Planner, kurz „LEny“. Die Eingangsdaten für die Simulation setzten sich aus Lastprofilen des Strom- und Wärmebereichs, Wetterdaten, der Dimensionierung der verwendeten Energiekomponenten sowie aktuellen Preisen, Kosten und Emissionsfaktoren zusammen. Zusätzlich wurde die Speicherung von Energie in Batteriespeichern mit der Wasserstoffspeicherung verglichen.

„Die Simulation zeigte, dass Batteriespeicher einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als die H2-Speicherung. Obwohl in einem Szenario eine ökonomische Amortisation der H2-Speicherung erreicht wurde, sollte die Batteriespeicherung als Alternative in Betracht gezogen werden“, sagt Georg Göhler, Wissenschaftler am Fraunhofer IAO.

Die Auswahl der Speichermethode richtet sich nach der spezifischen Anwendung und den jeweiligen Anforderungen, da jede Methode ihre eigenen Vor- und Nachteile besitzt. Zudem führen Fortschritte in der Materialwissenschaft und -technik zu ständigen Verbesserungen in der Wasserstoffspeichertechnologie, wodurch Wasserstoff als umfassend einsetzbarer und nachhaltiger Energieträger weiterentwickelt wird.