H₂Wind – Autarke Offshore-H₂-Elektrolyse

Der Grundgedanke der Technologieplattform H₂Mare ist eine direkte Nutzung der Offshore-Windenergie in Elektrolyse- oder Power-to-X-Prozessen (PtX). Dabei werden in den einzelnen Verbundprojekten Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette untersucht und erforscht. Die Schwerpunkte reichen von der über Windenergieanlagen erzeugten elektrischen Energie, über die Offshore-Erzeugung von Wasserstoff und dessen Syntheseprodukten, bis hin zur Analyse einer potenziellen Nutzung der produzierten Wertstoffe als Rohstoffe für weitere Energie- und Industrieprozesse. Die Erarbeitung der Grundlagen, bis hin zur Auslegung einer im Offshore-Betrieb effizienten und stabilen Wasserelektrolyse-Technologie und Speichertechnologie für Wasserstoffdruckgas stellt einen wesentlichen Beitrag zur Technologieplattform H₂Mare dar.

Als Teilprojekt der Technologieplattform H₂-Mare setzt sich das Verbundprojekt H₂Wind zum Ziel, die wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen für die weltweit erste, direkte Offshore-Wasserstoffproduktion zu erarbeiten. Dabei stehen die Grundlagen für eine Elektrolysetechnologie für den Offshore-Betrieb, die Möglichkeiten zur Speicherung sowie die optimale Abstimmung der Teilsysteme zur Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems im Vordergrund der Arbeiten. Basierend auf den erarbeiteten Grundlagen soll bis zum Ende des Projektes eine erste Wasserstoff-Elektrolyse-Forschungstestanlage mit einer Leistung von bis zu 5 MW ausgelegt und gebaut werden, welche im Hinblick auf Anforderungen eines Offshore-Betriebes untersucht werden kann.

Im Projekt H₂-Wind werden u. a. Ionomermembranen für die Elektrolyse entwickelt. Neben den elektrochemischen Anforderungen müssen die Membranen auch die notwendige Gasreinheit sicherstellen, d. h. der Crossover von Wasserstoff bzw. Sauerstoff auch bei den geplanten Arbeitstemperaturen und -drücken und Druckdifferenzen muss minimiert werden. Diese Informationen sind essenziell, um Materialauswahl und die Optimierung der Membrandicke voranzutreiben.

Dazu wurde am IGB ein Teststand aufgebaut, der die Durchführung von Membran-Bersttests und die Bewertung der Gaspermeation durch die Membran erlaubt. Dies ist auch zur Bewertung der Anlagensicherheit notwendig. Durch die Experimente zur Druckfestigkeit und Gaspermeation neuer Membranen können Aussagen zur Explosionssicherheit und Gesamtanlagenintegrität sowie Aussagen zur Membranstabilität und Performance getroffen werden, die für die Auslegung der Elektrolysestacks von zentraler Bedeutung sind. Darüber hinaus liefern die Untersuchungen Aussagen zur mechanischen Stabilität der Membranen für ein Scale-up der Membranfläche auf industrielle Konfigurationen.

Die Möglichkeiten des Teststandes sollen im Rahmen dieses Vorhabens ausgebaut und Ionomermembranen aus dem Projekt charakterisiert werden. Diese Daten sollen im Projekt von den Partnern genutzt werden, um die Membranen im Hinblick auf den Gas-Crossover zu optimieren.