Digi-HyPro – Digitalisierte Wasserstoffprozesskette für die Energiewende

Neben der preisgünstigen Erzeugung und ggf. dem Transport spielt vor allem die sichere und langzeitstabile Speicherung von Wasserstoff eine zentrale Rolle, um größere Fluktuationen zwischen der Energiegewinnung aus nachhaltigen Quellen und dem Bedarf auszugleichen. Die kontinuierliche Energieversorgung muss auch zur Überbrückung längerer Dunkelflauten zuverlässig sichergestellt werden, ohne auf fossile Energieträger angewiesen zu sein. Energieflüsse müssen computergestützt gesteuert werden, um die Dynamik der Netze und Speicher optimal aufeinander abzustimmen und damit die Energieversorgung für Strom und Wärme jederzeit zu gewährleisten.

Projektlaufzeit: 01.10.2020 bis 30.09.2024

Im Projekt Digi-HyPro soll das Zusammenspiel aus Elektrolyseur, Brennstoffzelle, Gasnetz und Energieverbraucher analysiert und durch umfassende Systemsimulationen optimiert werden. Im Zentrum der Entwicklung steht dabei eine sogenannte Smart-Energy-Transform-Box (SET-Box). Dieses System kann dezentral eingesetzt werden und ist modular aufgebaut (und damit skalierbar). Innerhalb der Box kann Wasserstoff durch einen Elektrolyseur erzeugt (Schnittstelle Ausspeisung aus Stromnetz) und nach Durchlaufen einer Membrantrocknung kompakt und sicher in einem Metallhydridspeicher gespeichert oder dem Erdgasnetz zugeleitet werden (Schnittstelle Einspeisung ins Gasnetz). Bei Bedarf kann der Wasserstoff aber auch aus dem Zwischenspeicher oder aus dem Gasnetz entnommen werden (Schnittstelle Abtrennung aus dem Gasnetz). Für die Entnahme aus dem Gasnetz sollen effiziente Polymer-basierte Membranen für die Grobtrennung von Erdgas und Wasserstoff und wiederum Metallhydride zur Feintrennung erprobt werden. Der Wasserstoff aus dem Zwischenspeicher oder dem Gasnetz kann neben der Brennstoffzelle auch über Metallhydridkompressoren an andere Systeme auf einem höheren Druckniveau abgegeben und beispielsweise zur Betankung von Fahrzeugen (Lkw, Pkw, Schiffe etc.) genutzt werden (Schnittstelle Mobilitätsnetz). Die SET-Box ermöglicht somit, Energie flexibel zu transformieren und kann netzdienlich und zuverlässig Strom-, Gas- und Mobilitätsnetz effizient koppeln.

Durch die parallele Abbildung des Gesamtkonzepts als digitaler Zwilling können die grundlegenden Materialgesetze und das gewünschte Anwendungsprofil im Gesamtsystem erstmals skalenübergreifend verknüpft werden. So können auf Basis der elementaren Eigenschaften des Materials Rückschlüsse auf das Verhalten des Speichers im Gesamtsystem gemacht werden, und umgekehrt können aus den geforderten Daten des Speichers für das optimale Gesamtsystem strategische Hinweise für die Auswahl und Weiterentwicklung des Materials gegeben werden.