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Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) ist am 16. März 2018 30 Jahre alt geworden. Das international anerkannte Institut spielt eine wichtige Rolle in der angewandten Forschung zu neuen Energietechnologien. Gemeinsam mit der Wirtschaft entwickeln die Wissenschaftler nachhaltige Energietechnologien, die Politik erhält von ihnen Analysen zum Energiesystem. Die Schwerpunkte an den drei Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind erneuerbare Energien, Energiespeicher sowie klimafreundliche Mobilität.

Leitmotiv des Fachgebietes Regenerative Energieträger und Verfahren ist die Erzeugung regenerativer Brenn- und Kraftstoffe - mit der Kernkompetenz Erneuerbare Energie effizient in leicht transportable, „tankbare“, chemische Energieträger zu überführen und zu speichern. 

Im Fachgebiet REG werden neue Technologien zur Herstellung von Synthesegas, Wasserstoff und Erdgassubstitut (SNG) entwickelt und im technischen Maßstab bis zu mehreren 100 kW erprobt. Neben der Elektrolyse, der Brennstoffreformierung und der Erzeugung strombasierter und biomassebasierter Synthesegase sind die Gasreinigung, die Gaskonditionierung sowie die Kraftstoffsynthese wichtige Aufgabengebiete. Zielsetzung im Themenfeld alkalische Elektrolyse ist insbesondere die Weiterentwicklung des Elektrolyseblocks und die Kostenreduktion der gesamten Wasserstofferzeugungsanlage durch Modularisierung der Systemkomponenten. Zielsetzung bei der Gasprozesstechnik ist die Erzeugung eines brennstoffzellentauglichen Gases, eines Brenngases für die Verstromung bzw. eines konditionierten Synthesegases zur Kraftstofferzeugung sowie die Gasaufbereitung zur Einspeisung in das Erdgasnetz.

Es wurden bereits zwei Power-to-Gas-Anlagen in den Leistungsklassen 25 kWel und 250 kWel am ZSW aufgebaut. An einer Anlage mit 6000 kWel war das ZSW im Rahmen des Basic Engineerings sowie der Inbetriebnahme beteiligt. An der 6000 kWel-Anlage nimmt das ZSW weiterhin das Anlagenmonitoring vor. Eine Anlage in der Leistungsklasse von 1000 kWel wird im Jahr 2018 im Rahmen des Leuchtturmprojektes „Power-to-Gas Baden-Württemberg“ in Betrieb genommen.

REG-Schwerpunktthemen sind:

• P2G® Power-to-Gas
• Biomass-to-Fuel
• Elektrolyse
• Reformierung/Gas-Konditionierung

Rolle im Projekt

In dem von ZSW verantworteten Arbeitspaket wird eine „Tankstelle der Zukunft“ entwickelt, um neben Strom sowohl Wasserstoff (H2) als auch Methan (CH4, Erdgassubstitut) auf Basis regenerativer Ressourcen für die zukünftige Mobilität bereitzustellen. Je nach Angebot an EE und der Anzahl der zu betankenden Fahrzeuge ist eine kaskadierte Entnahme von Strom, H2 und CH4 geplant. Die Tankstelle der Zukunft fungiert hierbei als „EnergyHub“ im Quartier für die Energiewandlung und -Speicherung.

Das zentrale Entwicklungsthema des ZSW ist die Herstellung von H2 durch die alkalische Druck-Elektrolyse von Wasser sowie die Erzeugung von CH4 durch Methanisierung von H2 und CO2 in einem Plattenreaktor. Hierfür werden diese beiden Hauptkomponenten der Tankstelle am ZSW im 100 kW Maßstab weiterentwickelt mit Blick auf Effizienzsteigerung, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit. Hierzu soll der Elektrolyseblock gemäß einer Versuchsmatrix charakterisiert werden, um schließlich für die anschließende Demonstrationsphase im Quartier (Projektjahre 4 - 5) automatisiert zu werden. Um die Elektrolyse und die CH4-Synthese zeitlich voneinander zu entkoppeln, ist ein H2-Zwischenspeicher vorgesehen, den ZSW konzeptionell entwickelt und sicherheitstechnisch bewertet. Mit dem Ziel, die CH4-Ausbeute zu maximieren, entwickelt ZSW außerdem ein sogenanntes „Schlechtgas“-Management, das die Zwischenspeicherung, Gasrückführung, thermische Verwertung, etc. regeln soll. Gleichzeitig sollen für das Quartier die konkrete, konzeptionelle Umsetzungsplanung im 100 kW Leistungsbereich entstehen, die ein technisches Umsetzungs- und Sicherheitskonzept, das vorbereitende Engineering erforderlicher Subsysteme sowie die Klärung aller Genehmigungsdetails für den voraussichtlichen Standort „Rüsdorfer Kamp“ in Heide umfassen soll.