P2FA4CITY

Wasserstoff wird zukünftig auch für die Strom- und Wärmeversorgung von Gebäuden und Quartieren eine wichtige Rolle einnehmen. Eine technische Herausforderung ist die Speicherung und der Transport von Wasserstoff. In diesem Forschungsvorhaben soll die Speicherung von Wasserstoff in Form von Ameisensäure durch direkte Elektrolyse von Wasser mit Kohlenstoffdioxid untersucht werden. Im Fokus stehen dabei die Systemintegration in urbane Energiesysteme, der Betrieb mit intermittierenden erneuerbaren Energien, sowie die kontinuierliche Prozessüberwachung und Regelung

• Wie kann Ameisensäure als Energieträger für die Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden?
• Können CO₂-Elektrolyseure in bestehende Energiesysteme integriert und mit schwankenden Stromlasten betrieben werden?
• Wie kann die CO₂-Elektrolyse unter solchen Bedingungen überwacht und gesteuert werden?
• Wie kann ein sicheres An- und Abfahren der Anlage gewährleistet werden?

Zunächst wird ein Prototyp eines CO2-zu-Ameisensäure-Elektrolyseurs im Labor aufgebaut. Dazu soll mit möglichst kosteneffizienter Sensorik eine kontinuierliche Prozessanalytik erfolgen. Weiterhin werden Komponenten- und Systemmodelle entwickelt und in die INSEL Simulationsumgebung integriert. Die Modelle sollen anschließend in Laborexperimenten validiert und für eine simulationsgestützte Entwicklung von Steuerungs- und Regelungsalgorithmen für den Elektrolyseur genutzt werden. Am Laborprotyp werden die Regelungsalgorithmen anschließend getestet und bewertet. Dabei steht der Betrieb mit schwankenden Lasten im Fokus der Bewertung. Die Möglichkeit den enthaltenen Wasserstoff in der erzeugten Ameisensäure nutzbar zu machen und damit einen vollständiges Energiespeichersystem zu erhalten wird untersucht und die Leistungsfähigkeit des Systems anhand von Fallstudien evaluiert.

• Lauffähiger Laborprototyp der bei schwankenden Lasten dauerhaft betrieben werden kann
• Modelle für die Komponenten wurden erstellt (INSEL)
• Verschiedene Szenarien für Versorgungskonzepte mit ameisensäurebasierter Wasserstoffspeicherung wurden berechnet.
• Ein Leitfaden für die Systemintegration, die Anlagendimensionierung und den Betrieb wurde erstellt

Ausblick:

• Einbindung des Teststands in die Lehre (Projekt- und Abschlussarbeiten)
• Weiterentwicklung des Projekts (Hochskalierung, Feldversuche)

Links:

Grundlagen der Modellierung des CO2-Elektrolyseurs:

http://dx.doi.org/10.18419/opus-12312
https://www.insel.eu/de/