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DLR-Forscher produzieren Wasserstoff mit solarem Dampf

© DLR e.V.© DLR e.V.Köln, Stuttgart - Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben erstmals erfolgreich eine Hochtemperaturelektrolyse mit solarthermisch erzeugtem Wasserdampf betrieben. Der Ansatz ist skalierbar und ein vielversprechender Weg, um Wasserstoff effizient auf regenerativer Basis herzustellen.

Wasserstoff aus regenerativen Quellen kann bei der Transformation des Energie- und Mobilitätssystems eine wichtige Rolle übernehmen. Als Energieträger ist er direkt für saubere Mobilität im Brennstoffzellenfahrzeug nutzbar. Wasserstoff kann aber auch als Speicher für fluktuierende erneuerbare Energien oder als Ausgangbasis für synthetische Kraftstoffe genutzt werden.

Herausforderung Kopplung von Hochtemperaturelektrolyse und solarthermische Dampferzeugung
Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben mit dem erstmaligen Betrieb einer Hochtemperaturelektrolyse mit solarthermisch erzeugtem Wasserdampf im Labormaßstab einen vielversprechenden Ansatz zur Herstellung von Wasserstoff auf regenerativer Basis realisiert. Die Herausforderung des Projektes lag darin, die beiden Komponenten, Hochtemperaturelektrolyse und solarthermische Dampferzeugung, zu koppeln. „Die Anforderungen an die Steuerungs- und Regelungstechnik sind dabei sehr hoch, weshalb diese Kombination bisher nicht realisiert worden ist", so Dr. Günter Schiller, Forscher am DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart.

Gleichmäßiger und stabiler Dampfstrom Voraussetzung
Der Vorteil des Verfahrens liegt in dem hohen „Wirkungsgrad der Hochtemperaturelektrolyse von mehr als 90 Prozent. Sie ist damit die effizienteste Art der Wasserstoffproduktion, benötigt allerdings Temperaturen von 700 bis 900 Grad Celsius. Prozesse auf diesem Temperaturniveau sind schwer zu handhaben. Die Niedertemperaturelektrolyse, die im Markt zwar bereits angekommen ist und mit deutlich geringeren Temperaturen von etwa 70 bis 100 Grad auskommt, zeichnet sich jedoch durch einen geringeren Wirkungsgrad zwischen 60 bis 80 Prozent aus.

Um den für die Elektrolyse benötigten rund 750 Grad heißen Wasserdampf zu erzeugen, nutzten die Wissenschaftler primär Solarwärme sowie die Wärme der Hochtemperatur-Elektrolyseeinheit. Im Sonnensimulator des DLR-Instituts für Solarforschung in Köln fing ein spezieller Solarreceiver die Strahlung einer künstlichen Sonne auf. Das durch den Receiver geleitete Wasser wurde zu Dampf. "Das Schwierige dabei war es, einen möglichst gleichmäßigen und stabilen Dampfstrom zu erzeugen. Denn die Hochtemperaturelektrolyse verträgt keine Schwankungen beim Druck, sonst nehmen die Zellen des Elektrolyse-Stacks Schaden", o Dr. Henrik von Storch vom Institut für Solarforschung in Köln.

Skalierbarkeit bietet Potenzial für Wasserstoffproduktion
Die Größe solarthermischer Anlagen lässt sich relativ einfach hochskalieren und die Elektrolysesysteme sind modular erweiterbar. Deshalb gehen die Forscher davon aus, dass sehr große Anlagen mit einer Größe von mehr als 100 Megawatt realisierbar sind. Diese können langfristig eine umweltfreundliche Alternative darstellen, um Kraftstoffe regenerativ zu produzieren.

© IWR, 2018


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