Grünes Licht für grüne Wasserstoff-Forschung TU Braunschweig an drei „Innovationslaboren für Wasserstofftechnologien“ beteiligt

Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen, sogenannter grüner Wasserstoff, gilt als ein Treibstoff der Zukunft. Damit sich Wasserstoff in den Bereichen Wärmeerzeugung, Mobilität und Industrie als Teil der Energiewende durchsetzen kann, fördert das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) von Mai an fünf Projekte zu klimafreundlichem grünen Wasserstoff mit sechs Millionen Euro. Jeweils rund 1,2 Millionen Euro bekommen die fünf Forschungsverbünde in einem ersten Schritt für die kommenden drei Jahre. Die Forschungsverbünde bündeln als Innovationslabore zielgerichtet die verschiedenen Kompetenzen der Wasserstofftechnologien in Niedersachsen. Die Technische Universität Braunschweig ist an drei Projekten beteiligt.

Wasserstofftankstellen der Zukunft

Für den breiten Einsatz von Wasserstoff in der Mobilität sind effektive und effiziente Lösungen für den Tankvorgang notwendig. Ziel des Innovationslabors „THEWA – Thermomanagement von Wasserstoff-Tankstellensystemen“ ist es, optimierte Gesamtsystemkonzepte zukünftiger Wasserstoff-Tankstellen zu erforschen und bereitzustellen. „Der Fokus liegt auf multimodalen Tankstellen zur Betankung verschiedener Verkehrsträger“, sagt Projektleiter Steffen Heinke. Dies seien zum Beispiel Pkw, Busse oder Lkw. Hierzu werde ein interdisziplinärer Software-Werkzeugverbund für die Entwicklung und Netzwerkplanung von Wasserstoff-Tankstellensystemen entwickelt und angewendet. „Wir ermöglichen eine ganzheitliche Systembetrachtung, indem wir sowohl die Sichtweise des Anlagenbetreibers als auch des Systementwicklers berücksichtigen und zugleich technische und wirtschaftliche Aspekte mit einbeziehen.“ Begleitend werden verschiedene Tankstellenkomponenten theoretisch und experimentell untersucht und optimiert, um die Effizienz und Leistungsfähigkeit zukünftiger Wasserstoff-Tankstellensysteme zu steigern.

Im Projekt bündeln vier Institute der TU Braunschweig ihre Kompetenzen unter dem Dach des Niedersächsischen Forschungszentrums Fahrzeugtechnik (NFF) – das Institut für Thermodynamik, Institut für Automobilwirtschaft und industrielle Produktion, das Institut für Konstruktionstechnik und das Institut für Verbrennungskraftmaschinen.

Weiterentwicklung der Wasserstoffelektrolyse

Um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, muss Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden – ein sehr energieintensiver Prozess. Umweltschonend und effizient ist die Wasserstofftechnologie dann, wenn für den Spaltungsprozess – die Elektrolyse – Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind- oder Solarkraft genutzt wird. Auf diese Weise hat Wasserstoff ein großes Potenzial als Energieträger der Zukunft. Im Innovationslabor „InnoEly“ forschen das Institut für Technische Chemie und das Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik der TU Braunschweig an der Wasserstoffelektrolyse – unter Federführung der Leibniz Universität Hannover und zusammen mit der TU Clausthal, der Universität Oldenburg, dem DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme Oldenburg, dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) und dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI). „InnoEly“ strebt dabei an, eine Brücke von der Materialentwicklung bis zur Systemauslegung von Wasserelektrolyseuren zu schlagen.

Gemeinsam mit den beteiligten Industriepartnern wird ein Werkzeugkasten – bestehend aus experimentellen und modellbasierten Methoden – entwickelt, der sowohl die Sicht des Anlagenbetreibers als auch die des Materialentwicklers und des Elektrolyseurherstellers bedient. Professorin Mehtap Özaslan, Leiterin des „Technical Electrocatalysis Laboratory“ am Institut für Technische Chemie der TU Braunschweig: „Dies wird dazu beitragen, das Wertschöpfungspotenzial der Wasserstoffwirtschaft in Niedersachsen effizient zu nutzen, die enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie nachhaltig zu intensivieren sowie eine zielgerichtete Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologien zu ermöglichen.“

Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte

Die Verbrennung von Wasserstoff ist nahezu schadstofffrei und bei Nutzung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff vollständig klimaneutral. Sie stellt im Mobilitätsbereich bei regenerativ erzeugtem Strom somit ein Äquivalent zur Elektromobilität dar. Wasserstoff hat als chemischer Energieträger den Vorteil der guten Speicherbarkeit, der Transportmöglichkeit und somit der Entkopplung von Gewinnung und Nutzung. Das übergeordnete Forschungsziel des Innovationslabors „Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte“ ist es, die Wasserstoff-Verbrennung mit innovativen Maßnahmen so schadstoffarm zu realisieren, dass sie aus ökologischer Sicht vollständig gleichwertig mit anderen Wasserstoff-Nutzungspfaden ist.

Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen (ivb) der TU Braunschweig leistet im Teilprojekt „Schadstoffarme und effiziente Wasserstoffmotoren“ einen Beitrag dazu, nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte umzusetzen. So wird ein effizientes Brennverfahren am Einzylinder-Nutzfahrzeug-Forschungsmotor entwickelt. Außerdem werden Simulationen hinsichtlich Verbrennungsanomalien und der Auslegung einer geeigneten Aufladegruppe zur Bereitstellung des benötigten Ladedrucks durchgeführt. Professor Peter Eilts vom ivb: „Wir möchten aufzeigen, dass die Verbrennung von Wasserstoff eine Möglichkeit darstellt, die der geforderten Leistungsfähigkeit bei gleichzeitigen Rohemissionen im Bereich der Nachweisgrenze gerecht wird.“ Unter Federführung der Leibniz Universität Hannover arbeiten daran die TU Braunschweig, die TU Clausthal und die Jade Hochschule Wilhelmshaven sowie Partner aus der Industrie.

Wasserstoff-Kompetenzen in Niedersachsen

Die Wissenschaftsallianz Wasserstofftechnologie bündelt unter dem Dach des Energie-Forschungszentrums Niedersachsen (EFZN) die Kompetenzen der Wasserstoffforschung in Niedersachsen. Das Ziel: die Potenziale von grünem Wasserstoff in Energie, Mobilität und Industrie zu erforschen und nutzbar zu machen. Das MWK fördert zu diesem Zweck Innovationslabore für Wasserstofftechnologien. In diesen Laboren erarbeiten Wissenschaft und Praxisakteure gemeinsam Lösungen zu wissenschaftlichen, technologischen und ökonomischen Herausforderungen. Diese Förderung soll einen wesentlichen Beitrag zur Technologieentwicklung und Marktdurchdringung von Wasserstoff leisten.

Die erste Phase der Ausschreibung „Innovationslabore für Wasserstofftechnologien“ war bereits Anfang Juli 2020 an den Start gegangen. Rund 500.000 Euro hatten die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für die Ausarbeitung detaillierter Forschungsansätze erhalten. Jetzt werden die Verbünde ihre Forschungsideen konkret umsetzen, um das Marktpotenzial von Wasserstoff zu erschließen.

Übersicht aller geförderten Projekte:

• H2-Region Nordwest-Niedersachsen (H2-ReNoWe): DLR Institut für Vernetzte Energiesysteme e.V., TU Clausthal, DLR-Institut für Technische Thermodynamik
• Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte: Leibniz Universität Hannover, TU Braunschweig, TU Clausthal, Jade Hochschule Wilhelmshaven
• H2-Wegweiser Niedersachsen: Clausthaler Umwelttechnik Forschungszentrum (CUTEC), TU Clausthal, Leibniz Universität Hannover, Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH)
• Innovationslabor Wasserelektrolyse: Vom Material zum System (InnoEly): Leibniz Universität Hannover, TU Braunschweig, TU Clausthal, Universität Oldenburg, DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme Oldenburg, Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH), Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut Goslar
• Thermomanagement von H2-Tankstellen (THEWA): TU Braunschweig