Waterstof is onmisbaar voor een succesvolle overgang naar hernieuwbare energiebronnen en het halen van klimaatdoelstellingen. Het is de essentiële bouwsteen van sectorkoppeling. Hoewel het een milieuvriendelijke optie biedt om aan de vraag van de industrie naar elektriciteit te voldoen, warmte en transport, deze veelzijdige energiebron is alleen milieuvriendelijk als hij afkomstig is uit hernieuwbare bronnen. Het Fraunhofer Institute for Factory Operation and Automation IFF heeft een vraaggestuurde, verdeeld, modulaire oplossing die groene waterstof produceert en distribueert.

De enige manier om de opwarming van de aarde in te dammen, is door de uitstoot van broeikasgassen op wereldschaal te verminderen. Power-to-X-technologieën worden hiervoor als een veelbelovend middel beschouwd:elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen wordt omgezet in waterstof om brandstofcelvoertuigen aan te drijven, bijvoorbeeld. Onderzoekers van het Fraunhofer IFF in Magdeburg gaan hierin nog een stap verder. Ze maken een ontwerp voor de gedistribueerde en modulaire productie en distributie van groene waterstof voor de industrie, bedrijven en transport door de hele waardeketen met hun waterstoffabriek van de toekomst. "Elektriciteit uit zon en wind wordt gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof in een proces dat elektrolyse wordt genoemd. De waterstof wordt opgeslagen en kan door brandstofcellen in voertuigen weer worden omgezet in elektriciteit die hen aandrijft. We hebben voornamelijk wagenparken met bestelwagens en heftrucks die opereren op industrie- en bedrijventerreinen in gedachten hier, " zegt Dr. Torsten Geboorte, een onderzoeker bij Fraunhofer IFF. “Daarnaast willen we elektriciteit leveren, gas en warmte naar de industrie. De bij elektrolyse geproduceerde waterstof kan in het gasnet worden geïnjecteerd, gebruikt als brandstof, omgezet in methaan of methanol, en beschikbaar gesteld als industriële grondstof."

Waterstofproductie koppelen aan een biogasinstallatie

De onderzoekswetenschappers ontwikkelen modulair uitbreidbare subcomponenten die onderling kunnen worden gekoppeld en geïntegreerd in bedrijven- en industrieparken, waarmee ze het ontwerp van hun waterstoffabriek kunnen implementeren. Elektrochemische of biochemische processen worden gebruikt om waterstof te produceren, afhankelijk van de omstandigheden ter plaatse. "Het is niet mogelijk om overal wind- en PV-installaties te bouwen. We kiezen voor locatiespecifieke oplossingen en gebruiken waar mogelijk biogasinstallaties voor de productie. Plannen voor een proefinstallatie bij Gommern in Saksen-Anhalt liggen op de tekentafel. De uitkomst is altijd groene waterstof, " legt de ingenieur Birth uit.

De Fraunhofer IFF werkt samen met MicroPro GmbH en Streicher Anlagenbau GmbH &Co. KG in het HyPerFerMent I-project om hernieuwbare waterstof uit biomassa te produceren. Ze gebruiken een speciaal microbieel fermentatieproces dat vergelijkbaar is met de productie van biogas om waterstof rechtstreeks uit organisch afval te produceren. De metabolieten van bepaalde bacteriën produceren een gasmengsel dat CO . bevat ₂ en vijftig procent H ₂ , die eenvoudig kan worden gezuiverd door de CO . achteraf te scheiden ₂ . "Fermentatieve productie van groene waterstof zal in de toekomst een grote rol spelen bij de gedistribueerde productie van deze energiedrager, " zegt Geboorte.

Een mobiel waterstoftankstation voor industrie- en bedrijventerreinen

Onderzoekers van het Fraunhofer IFF hebben samengewerkt met Anleg GmbH om een ​​van de bovengenoemde subcomponenten te bouwen, de mobiele modulaire H ₂ Poort (MMH ₂ P), een draagbaar waterstoftankstation voor korte ritten tot 200 kilometer. Uitbreidbare druksystemen met compressoren op een trailer kunnen worden bijgevuld en kunnen ook waterstof afgeven. Het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF) financiert het project.

Desinfecteren met ozon

Omdat systemisch geïntegreerde waterstofproductie belangrijk is voor de onderzoekers, ze zullen niet alleen de waterstof gebruiken die wordt geproduceerd tijdens elektrolyse, maar ook de zuurstof - voor lasprocessen of voor ozonisatie in rioolwaterzuiveringsinstallaties, bijvoorbeeld. Lastige microverontreinigingen zoals geneesmiddelen, pesticiden en cosmetica kunnen worden verwijderd uit afvalwater wanneer ozon wordt geïntroduceerd. Een ander gebruiksscenario voorziet in het gebruik van zuurstof in de landbouw om biogasinstallaties te ontzwavelen.

Het onderzoeksteam heeft expertise opgedaan voor de implementatie van hun waterstoffabriek in de projecten Energieregio Stassfurt 2020 en Energieregio Ostharz. In deze projecten is een regionaal energieplan geïmplementeerd om de energievoorziening in verschillende sectoren (stroom, gas, warmte, en transport) van fossiele brandstoffen naar regionaal geproduceerde hernieuwbare energiebronnen en er werden koppelingssystemen voor de hernieuwbare sector ontwikkeld.