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Brennstoffzellentechnik und Elektrolyse
Wasserstoff-Brennstoffzelle
Brennstoffzellen-Stack
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Methanol-Brennstoffzelle
Für die dezentrale Energieversorgung ist der Einsatz von Elektrolyseuren, Wasserstoffspeichern und Brennstoffzellen unumgänglich, da Batteriespeicher zwar den Tagesgang von Wind- und Sonnenenergie ausgleichen können, für den Ausgleich von jahreszeitlichen Schwankungen aber zu groß, schwer und teuer wären. Kombinierter Einsatz von Wind- und Sonnenenergie kann hier einen gewissen Ausgleich schaffen, da PV-Anlagen im Sommer mehr Strom liefern, Windkraftanlagen in den anderen Jahreszeiten, aber nicht für alle Versorgungsszenarien sind beide Energieformen einsetzbar.
Funktion eines AEM Elektrolyseurs
Quelle: Enapter
Hier kommen Elektrolyseure zur Gewinnung von Wasserstoff aus überschüssigem Strom ins Spiel, und Brennstoffzellen zur Rückverstromung des gespeicherten Wasserstoffs. Elektrolyseure sind zentrale Komponenten in der Wasserstoffproduktion, insbesondere im Kontext der nachhaltigen Energieerzeugung und -speicherung. Sie ermöglichen die elektrochemische Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels elektrischer Energie. Insbesondere im großen Maßstab lässt sich Wasserstoff sehr günstig in Salzkavernen speichern, eine bei Erdgas seit langem erprobte Technologie. Für den Einsatz in Häusern, Industriebetrieben und Quartieren bieten sich Druckgasspeicher mit bis zu 45 bar oder Stahlflaschenbündel mit bis zu 300 bar an. Wir prüfen auch den Einsatz von Metallhydridspeichern, die das geringste Volumen aller Wasserstoffspeicher in Anspruch nehmen, sogar nur etwa die Hälfte von flüssigem Wasserstoff, der wegen seiner niedrigen Siedetemperatur von -253 Grad Celsius schwer handhabbar ist und hohen Aufwand zur Verflüssigung braucht. Diese Technologie gewinnt zunehmend an Bedeutung, da Wasserstoff als sauberer Energieträger betrachtet wird, der fossile Brennstoffe ersetzen kann und dabei keine klimaschädlichen CO₂-Emissionen verursacht. Elektrolyseure spielen eine Schlüsselrolle in der Entwicklung von Wasserstoffwirtschaften, da sie eine direkte Nutzung von erneuerbaren Energiequellen ermöglichen und zur Dekarbonisierung verschiedener Sektoren wie Industrie, Mobilität, öffentlichen Einrichtungen und Privathaushalten beitragen können.
Vor allem im industriellen Bereich ist auch der Einsatz von Methanolbrennstoffzellen denkbar, dann allerdings eher als Ersatz für herkömmliche, mit Diesel oder Erdgas betriebene Notstromaggregate bzw. Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen. Bei diesen Brennstoffzellen werden Methane und andere Kohlenwasserstoffe direkt in Wasserstoff umgewandelt. Dies wird auch als interne Reformierung bezeichnet, es ist also keine externe Quelle erforderlich, die Wasserstoff erst aus natürlichen Gasen wie Erdgas oder Biogas gewinnt. Methanol ist preiswert und als flüssiger Kraftstoff leicht zu lagern. Wird im Zuge der Sektorenkopplung die entstandene Abwärme genutzt, lassen sich Wirkungsgrade bis hin zu 85% erreichen.
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