Entwicklung wasserstoffbasierter Microgrids (HygO)

Microgrids zu entwickeln, die robust, effektiv und flexibel für verschiedene Anwendungsszenarien einsetzbar sind, ist ein Lösungsweg für die Energiewende. Gleichzeitig muss deren Skalierbarkeit ein „Mitwachsen“ des Systems entsprechend steigender Bedarfe ermöglichen und die wirtschaftliche Produktion eine Kostenparität zu den derzeitigen fossilen Alternativen garantieren. Damit kann die Grundlage geschaffen werden, die zu einem Markthochlauf von wasserstoffbasierten Microgrids und deren Akzeptanz bei der Bevölkerung führt.

HygO steht für ein Wasserstoff- (Hydrogen) und Trinkwasser (Oxygen)-Biotop. Zentrale Komponente von HygO ist das im Projekt HyTrA für den südafrikanischen Markt konzipierte und robuste Microgrid, in dem ein Elektrolyseur zur Erzeugung von grünem Wasserstoff und ein sog. Brennstoffzellenstack, also ein Stapel aus Brennstoffzellen, zur Rückverstromung kompakt kombiniert werden. Die entscheidende Neuerung ist, dass das HygO-Microgrid zusätzlich über einen weiteren Kreislauf zur biologisch-mechanischen Wasseraufbereitung verfügen wird.

Ziel von HygO ist es, die Wasserstofftechnologie zu etablieren und ihren Einsatz in Form dezentraler Inselnetze als Basis zur Sicherung einer verlässlichen, CO2-neutralen Stromversorgung in Namibia voranzutreiben. Zusätzlich sollen durch die integrierte Wasseraufbereitung Ressourcen- und Wasserverteilungskonflikte vermieden werden. Im Rahmen des Projekts werden die Einbindung und der Betrieb des autarken Energieversorgungssystems unter den klimatischen Bedingungen in Namibia pilotiert.

Das Microgrid wurde aus Gründen der Ressourceneffizienz von vornherein mit einem geschlossenen Wasserkreislauf konzipiert. Das heißt, wird das Microgrid einmalig mit sauberem deionisiertem Wasser befüllt, wird dieses im Elektrolyseprozess zu Wasserstoff, der in dem Brennstoffzellenstack später unter Zuführung von Luft-Sauerstoff wieder zu Wasser wird. Das Wasser wird anschließend erneut der Elektrolyse zugeführt und damit der Energieerzeugungs-Wasserkreislauf geschlossen. Sauberes Wasser bzw. Trinkwasser ist eine wertvolle Ressource und wird daher ungern in technischen Prozessen genutzt. Dagegen ist Schmutzwasser sehr viel häufiger und auch in ausreichend hohen Mengen verfügbar. Aus diesem Grund soll der bei der Elektrolyse freiwerdende Sauerstoff, kombiniert mit weiteren Filtertechnologien, verwendet werden, um Trinkwasser aus dem Schmutzwasser aufzubereiten.

Das Projekt HygO wird durch die Partner Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), Texulting GmbH, Haver & Boecker oHG und die Krenkel Abwassertechnik GmbH sowie eine Reihe deutscher und afrikanischer assoziierter Partnerorganisationen durchgeführt. Das Erreichen der Projektziele soll durch die interdisziplinäre und internationale Zusammenarbeit sichergestellt werden.

Durch die Projektergebnisse wird ein wichtiger Beitrag zu zentralen UN-Nachhaltigkeitszielen (SDGs) geleistet, insbesondere SDG 7 (Bezahlbare und saubere Energie), SDG 6 (Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtung), SDG 8 (Menschenwürdige Arbeit und Wirtschaftswachstum) und SDG 13 (Maßnahmen zum Klimaschutz).