Verschiedene Speichermöglichkeiten von Wasserstoff untersuchten Forscher des Fraunhofer IAO. Sie simulierten verschiedene Nutzungsszenarien in dezentralen Energieystemen. 

 

Der Anteil der erneuerbaren Energieerzeugung, besonders aus witterungs- und tageszeitabhängiger Wind- und Sonnenkraft, wächst. Der Bedarf, diese grüne Energie in großen Mengen zu speichern und flexibel nutzbar zu machen, steigt. Als eine mögliche Lösung gilt Wasserstoff. Umgewandelt in diesen, lässt sich grüner Strom speichern und für später haltbar machen.

Wasserstoff kann über längere Zeit gespeichert werden und lässt sich zudem über große Distanzen transportieren. Die Crux liegt in der effizienten und sicheren Speichertechnologie. Hier setzt die Forschungsarbeit des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO an. 

Zusammen mit der Dualen Hochschule Baden-Württemberg Heilbronn (DHBW Heilbronn) analysierten die Forschenden verschiedene Speichermöglichkeiten von durch grünen Strom hergestellten Wasserstoff in Quartieren, an Unternehmensstandorten oder auf Campusgeländen. Die Ergebnisse stellten sie in der am 20. Juni vorgelegten Studie „Wasserstoffspeicher für dezentrale Energiesysteme“ vor. 
 
Vom zentralen zum dezentralen Energiesystem

Wie die Wissenschaftler bekräftigen, erfordert der Erneuerbaren-Ausbau eine umfassende Umgestaltung des derzeitigen deutschen Energiesystems: Im Gegensatz zum aktuell überwiegend zentralen und auf Importen ausgelegten System bedarf es eines dezentralen Energiesystems. Dieses zielt ab auf eine größere regionale Unabhängigkeit durch verstärkte Eigenproduktion von Energie und Wasserstoff.

Timo Stöhr, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Fraunhofer, erklärt: „Dezentrale Energiesysteme bieten für Unternehmen die Möglichkeit, durch Unabhängigkeit vom Energiemarkt Kosten zu sparen sowie Emissionen zu reduzieren.“ Zudem eröffne die dezentrale Wasserstofferzeugung vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, wie den Einsatz als Kraftstoff für emissionsfreie Flurförderzeuge in der Intralogistik oder als CO2-freies Prozessgas in industriellen Verfahren wie etwa der Ammoniakherstellung oder der Methanisierung. Ähnliche Vorteile der dezentralen Energieversorgung und Speicherung stünden auch Wohnquartiere, Gewerbegebiete oder Campusgelände offen, so Stöhr weiter. 

In ihrer Studie geben die Forschenden einen Überblick zu den aktuell verbreiteten Speichertechnologien − physikalische, chemische und reine Wasserstoffspeicher. „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 erachten sie die Speicherarten Druckgasspeicher (200 bis 300 bar), Flüssiggasspeicher, Metal-Organic Frameworks (MOFs), Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC), Methanol und Methan.

Simulation für ein dezentrales Energiesystem

Zur besseren Einschätzung der Wirtschaftlichkeit der Speichertechnologien simulierten die Forschenden ein dezentrales Energiesystem mit dem am Fraunhofer-Institut entwickelten „Local Energy Planner“ − kurz „LEny“. Als Eingangsdaten für die Simulation dienten die Lastprofile des Strom- und Wärmebereichs, Wetterdaten, die Dimensionierung der verwendeten Energiekomponenten und aktuelle Preise, Kosten und Emissionsfaktoren.

Als Fazit halten die Studienautoren fest: 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.

Die 34-seitige Studie „Wasserstoffspeicher für dezentrale Energiesysteme“  ist über die Internetseite des Fraunhofer IAO downloadbar.