10 Quadratmeter Fläche für 10 Kilogramm Wasserstoff
Das Vorhaben ist ambitioniert. Aus einer reifen Technologie, der Photovoltaik (PV), soll künftig Wasserstoff als Brennstoff erzeugt werden. Im Januar 2017 ist der Startschuss für das EU-Projekt PECSYS (Photovoltaic Electro Catalysis SYStem) gefallen. Ziel des Projekts ist die Errichtung einer großflächigen Testanlage mit der auf Basis von PV Wasserstoff erzeugt werden soll. Innerhalb eines Zeitraums von vier Jahren werden die Module für die Testanlage entwickelt und getestet. Am Ende soll die Anlage auf einer Fläche von bis zu 10 Quadratmetern rund 10 kg solaren Wasserstoff erzeugen.
Wasserstoff aus PV-Zellen
Die Potenziale zur Stromerzeugung über Photovoltaik sind unbestritten groß. Nur ist die PV-Technologie abhängig von ausreichend Sonnenenergie. Nachts oder bei schlechten Wetterbedingungen erzeugen Solarzellen keinen Strom. Um langfristig ein stabiles auf erneuerbaren Energien basierendes Stromversorgungssystem zu erhalten, braucht es weitere Technologien und Lösungen.
Die Herstellung von Wasserstoff ist eine solche Lösung. Wasserstoff ist ein vielseitig verwendbarer Brennstoff. Er lässt sich auf verschiedene Weise herstellen. Eine Möglichkeit ist die Nutzung von Sonnenenergie über den Einsatz von PV. Hierzu werden Elektrokatalysatoren mit PV-Zellen kombiniert. Dadurch lässt sich Wasser in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Der solar erzeugte Wasserstoff speichert Sonnenenergie in Form von chemischer Energie. Bei Bedarf kann diese wieder über den Einsatz von Brennstoffzellen freigesetzt werden.
Ehrgeizige Forschungsziele
Durch Nutzung von Solarenergie könnten große Mengen Wasserstoff erzeugt werden. Damit ließe sich Wasserstoff wirtschaftlich einsetzen. Doch damit Wasserstoff wettbewerbsfähiger gegenüber anderen Brennstoffen wird, müssen die Herstellungskosten deutlich reduziert werden. Bislang liegen die Kosten für ein Kilo Wasserstoff am Markt bei 8 Euro pro Kilogramm. Künftig sollen die Kosten deutlich sinken und bei unter fünf Euro liegen.
„Die Ziele des Projektes sind ehrgeizig und sehr konkret“, erläutert HZB-Forscherin Dr. Sonya Calnan, Sprecherin des EU-Projekts. Vorgesehen ist ein Wirkungsgrad von 6 Prozent, d.h. mehr als sechs Prozent der Solarenergie sollen chemisch umgewandelt werden. Das System soll mindestens sechs Monate stabil laufen. In diesem Zeitraum sollen mehr als 10 kg Wasserstoff erzeugt werden. Vorgesehen ist die Anlage in mehreren Modulen aufzubauen. Damit ließe sich Stabilität bei der Erzeugung gewährleisten und ein wesentlicher Ertrag auf einer großen Fläche demonstrieren.
Ziel ist es die Bauelemente aus „einem Block“ herzustellen, damit sie auch extremen Umweltbedingungen standhalten. Hierzu werden die beteiligten Projektteams nicht nur unterschiedliche Materialien zusammen mit Elektrokatalysatoren und Membranen testen. Sie werden auch passende Versiegelungen entwickeln.
3 Nationen beteiligt
Am Vorhaben, welches aus Mitteln des EU-Forschungsprogramms Horizon 2020 gefördert wird, beteiligen sich Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft aus drei europäischen Nationen – Schweden, Italien und Deutschland.
Das EU-Projekt PECSYS wird vom Helmholtz-Zentrum (HZB) koordiniert. Seine Aufgaben sind die Kommunikation mit dem Zuwendungsgeber, Zusammenfassung der Berichte und Arbeitsergebnisse sowie die Sorge für eine konstruktive Zusammenarbeit zwischen den Partnern.
Beteiligte Projektpartner sind:
- Schweden: Universität Uppsala und Solibro Research AB
- Italien: Consiglio Nazionale delle Richere und 3SUN
- Deutschland: HZB und Forschungszentrum Jülich
Für die Umsetzung der Testanlage stehen für den gesamten Forschungszeitraum 2,5 Millionen Euro Fördergelder zur Verfügung.
Standort der Testanlage noch offen
Zwei Standorte stehen für die Errichtung der Testanlage zur Wahl. Das sind das Forschungszentrum Jülich oder 3Sun. Von den Ergebnissen wird abhängen, wo die Testanlage errichtet wird.
Der große Durchbruch bei der Erzeugung solaren Wasserstoffs ist bislang noch nicht erfolgt. In den kommenden Jahren wird sich zeigen, ob mit dem EU-Projekt PECSYS sich der große technologische Durchbruch erzielen lässt.
