MegaLyseurPlus – Entwicklung, Design und Aufbau eines modularen, innovativen und kosteneffizienten PEM-Elektrolyse-Systems von 1,25 MW mit nachgeordneter Kompressionsanlage

Das Gesamtziel des Verbundvorhabens »MegaLyseurPlus« war die Optimierung des Gesamtsystems »Elektrolyse‑Anlage« und die Schaffung der Voraussetzungen für die Entwicklung und Betrieb von künftigen Großelektrolysesystemen. Dabei steht der HYPOS Leitgedanke, bis zum Abschluss des BMBF‑Förderprogrammes »Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation«, die Voraussetzungen zur wirtschaftlichen Nutzung von grünem Wasserstoff als Energieträger der Zukunft zu schaffen, im Fokus. Während es bei oberflächlicher Betrachtung so erscheint, dass die wesentlichen Komponenten einer Elektrolyse‑Anlage für sich allein bereits kommerziell verfügbar und potenziell skalierbar sind, ist zu konstatieren, dass der Betrieb im Elektrolyseumfeld spezielle Anforderungen stellt. Die besondere Herausforderung ergibt sich hier aus dem Spannungsfeld zwischen stark fluktuierendem Energieinput (z. B. bei einer direkten Kopplung mit einem Windpark) und dem kontinuierlichen Wasserstoffbedarf einer Vielzahl an Industrieprozessen oder der Einbindung eines solchen Großelektrolysesystems in eine Speicherinfrastruktur zur grundlastfähigen Energiespeicherung und systemdienlichen Energiebereitstellung. Besonders zu benennen sind dabei Teillastfähigkeit und Dynamik wesentlicher Komponenten sowie die Schnittstellengestaltung zur Infrastruktureinbindung, während der nominale Gesamtwirkungsgrad sowie die spezifischen Kosten im Blick gehalten werden müssen. Hier sind optimierte Teilkomponenten und Systemlösungen dringend erforderlich, um die Sektorenkopplung erfolgreich zu vollziehen, erneuerbare Energien stabil in das nationale Energiesystem zu integrieren und die Dekarbonisierung der Industrie voranzubringen. Bei all diesen System‑Level‑Aspekten darf allerdings nicht außer Acht gelassen werden, dass auch bei Skalierung der Systemgröße weitere Entwicklungsarbeit auf Zellstack‑Level erforderlich bleibt, um weitere, notwendige Produktionskostenreduktionen zu erreichen.

Am IGB wurden dabei in enger Zusammenarbeit mit dem Institutsteil CBP insbesondere die Infrastruktur zur Charakterisierung von Ionomermembranen aus- und aufgebaut. Bereits vorhandene Methoden, wie die Bestimmung der Ionenaustauschkapazität, der Ionenleitfähigkeit und des Quellverhaltens wurden projektintern validiert. Außerdem wurde ein Teststand zur Bestimmung des Gas‑Crossovers von Ionomermembranen aufgebaut (Abb. 1–4). Des Weiteren wurden Versuche zur gezielten Kontamination und Regeneration von Ionomermembranen mit Metallionen durchgeführt (Abb. 5). Die generierten Daten wurden vom Partner FUMATECH genutzt, um die Ionomermembranen zu optimieren.