Etwas eng geht es schon zu, wenn man den weißen Stahlcontainer am Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen betritt. Denn der Innenraum ist vollgepackt mit Technik. Auf kleinstem Raum wird hier ein neues Verfahren erforscht, mit dem elektrische Energie effektiv gespeichert werden kann.
Hintergrund des Ganzen: Erneuerbare Energien wie Photovoltaik oder Windkraft liefern keine konstante Strommenge, sondern diese schwankt je nach Wetter. Um die Stromnetze zu entlasten und momentan überschüssigen Strom nicht zu vergeuden, suchen Forscher daher nach Möglichkeiten, Überschüsse zu speichern – und dies möglichst effektiv und ohne große Verluste. Dies ist beispielsweise durch Pumpspeicherkraftwerke möglich, die aber viel Platz und ein entsprechendes Gefälle benötigen.
Chemische Speicher als Kompaktlösung
Eine andere, platzsparendere Lösung wären chemische Energiespeicher. Bei diesen wird der von Wind oder Sonnenkraft erzeugte Strom vorübergehend in chemische Energie umgewandelt und so gespeichert. Benötigt man dann wieder Strom, wird durch eine elektrochemische Reaktion beispielsweise in einer Brennstoffzelle diese gespeicherte Energie wieder in Elektrizität umgewandelt.
Eine solche Kompaktanlage haben nun die Wissenschaftler am Fraunhofer-IISB in Erlangen konstruiert. Sie ermöglicht das Speichern und wieder Freisetzen elektrischer Energie auf Basis eines flüssigen Wasserstoffträgers. Das Grundkonzept: Mit dem überschüssigen Strom wird Wasserstoff erzeugt, der dann in einem organischen Trägerstoff sicher und kompakt – auch über längere Zeiträume – gespeichert. Für die spätere Nutzung kann der Wasserstoff wieder aus dem Trägerstoff freigesetzt und mit einer Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt werden.
Ein spezieller Trägerstoff machts möglich
Der Clou der neuen Anlage ist der zur Wasserstoffspeicherung verwendete flüssige Trägerstoff – in der Fachsprache als LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) bezeichnet. Dieser Trägerstoff wird in der Industrie schon seit längerem als Thermoöl für die Beheizung und Kühlung von Prozessen eingesetzt. Die Erlanger Forscher sehen in dieser Technologie jedoch auch ein großes Potenzial für die Energiespeicherung. Denn der flüssige Trägerstoff nimmt über eine chemische Reaktion große Mengen an elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff auf und kann sie später wieder abgeben.
Ein großer Vorteil dabei: Der Trägerstoff kann unter üblichen Umgebungsbedingungen sicher gelagert werden – anders als bei anderen Wasserstoffspeichertechnologien, die meist hohe Drücke oder sehr tiefe Temperaturen benötigen. Ein weiterer Vorteil: Der LOHC ermöglicht die wiederholte Einspeicherung und Freisetzung von Energie in einem geschlossenen Kreislaufprozess. Im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen wird das LOHC dabei nicht verbraucht, sondern kann immer wieder mit Wasserstoff be- und entladen werden.
Genug Strom für eine kleine Fabrik
Im Container in Erlangen können derzeit etwa 300 Liter LOHC gelagert werden, was einer im Wasserstoff gespeicherten Energie von fast 600 Kilowattstunden entspricht. Das reicht aus, um den Strombedarf eines kleineren Industriebetriebs über mehrere Stunden zu decken. Über zusätzliche Tankbehälter lässt sich die gespeicherte Energiemenge jedoch leicht um ein Vielfaches erhöhen. Somit können beispielsweise auch größere Betriebe, Rechenzentren oder Krankenhäuser über längere Zeiträume versorgt werden.
Die Forschungsarbeiten an diesem weltweit einmaligen Energiespeicher bringen wichtige Erkenntnisse, wie Speichersysteme auf Basis flüssiger Wasserstoffträger in lokale Energiesysteme integriert werden können. “Mit der Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems ist ein erster wichtiger Schritt getan. Nun sind wir gespannt auf die nächsten Ergebnisse”, sagt Johannes Geiling vom Fraunhofer-IISB.
Pilotanlage soll viele Fragen beantworten
Die Wissenschaftler wollen mit der neuen Anlage verschiedenen Fragen auf den Grund gehen: Wie können mit einem LOHC-basierten Energiespeichersystem schwankende Energieerzeugungsverläufe aufgenommen werden, wie sie beispielsweise bei Photovoltaikanlagen vorkommen? Wie lassen sich derartige Systeme kompakt in einen einzelnen Container integrieren? Und wie lässt sich eine solche Anlage effizient in industrielle Energienetze einbinden?
“Ein wichtiger Forschungsschwerpunkt wird es sein, die am besten geeignete Betriebsweise für das Speichersystem zu finden”, sagt Geiling. Denn mit der richtigen Betriebsstrategie wird es das LOHC-System ermöglichen, erneuerbare Energien unter Gewährleistung der Versorgungssicherheit auch in Industriebetrieben, mittelständischen Unternehmen oder größeren Gebäudekomplexen und Quartieren stärker einzubinden und damit den energetischen Eigenversorgungsgrad zu erhöhen.
Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft
