Forschungstransfer von der Straße in den Gebäudesektor

Das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme hat die Inbetriebnahme des Prototyps maßgeblich in Fragen zur Elektronik und Hydraulik sowie zu Wasserstoff-Komponenten unterstützt. Entscheidende Erkenntnisse sammelten die Forschenden während der ersten Projektphase im DLR-Labor, wo sie das vom Automobilhersteller Honda zur Verfügung gestellte Brennstoffzellensystem am eigens eingerichteten Teststand mehrere Monate lang evaluiert hatten. In realitätsnaher Testumgebung wurde das System hier mit sehr genau kalibrierten und aufeinander abgestimmten Messtechniken in hochaufgelösten Messungen zum weltweit ersten Mal auf seine Eigenschaften in der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) evaluiert.    

Tests in realitätsnaher Systemumgebung

Die große Praxisnähe spielt bei diesem und vergleichbaren Analysen eine entscheidende Rolle, wie Dr. Hendrik Langnickel, HyNRGCube-Projektleiter am Institut für Vernetzte Energiesysteme, betont: „Die einzigartige vernetzte Laborumgebung am Institut erlaubt es uns, das System unter unterschiedlichsten Anforderungen zu evaluieren: Zum Beispiel in Bezug auf den Strom- und Wärmebedarf für Wohneinheiten oder Gewerbebetriebe über jahreszeitliche Temperaturprofile hinweg oder etwa bezüglich der Energie-Bereitstellung an Ladesäulen anhand hochaufgelöster Verbraucherdaten“. Aktuell untersuchen die DLR-Forschenden auf Basis dieser Ergebnisse mögliche spätere Einsatzszenarien für das Brennstoffzellensystem, zum Beispiel in Wohnquartieren. Neben der technischen Ausstattung dabei unverzichtbar: langjähriges Know-how in Bezug auf Wärmeauskopplung sowie tiefgreifendes technisches Verständnis bei der sektorenübergreifenden Energienutzung in Bezug auf Wasserstoff.

Gesamtwirkungsgrade von bis zu 97 Prozent

Warum eine ausgereifte Technologie überhaupt noch vermessen werden muss, begründet Langnickel mit der ursprünglich gedachten Anwendung: „In einem für die Mobilität konstruierten Brennstoffzellensystem spielt die Wärmeleistung eine eher untergeordnete Rolle. Überschüssige Wärme wird im Verkehrsbereich üblicherweise als ‚Abfallprodukt‘ in die Umwelt abgeleitet, so dass im Projekt keine detaillierten Daten zur thermischen Leistung bekannt waren“. Als die Mess-Ergebnisse aus dem HyNRGCube-Projekt schließlich vorlagen, wurde deutlich, wieviel Potenzial der angestrebte Forschungstransfer von der Straße in den Gebäudesektor birgt: Für die Bereitstellung der kombinierten Strom/Wärme-Grundlast wurden am Teststand Gesamtwirkungsgrade von bis zu 97 Prozent ermittelt. Zum Vergleich: Mit separaten Versorgungssystemen für Strom und Erdgas liegen die Effizienzwerte rund 20 bis 40 Prozentpunkte darunter. Damit eignen sich Hy-Energy Cubes für zukünftige Energieversorgungskonzepte nicht nur, weil sie Energie ohne CO₂-Emissionen bereitstellen können. Sie eröffnen auch in Sachen Effizienz und Technologievielfalt neue Perspektiven für die Wärmewende in Deutschland und der Welt. 

Interessante Option für die Krisenvorsorge

Der Forschungsansatz aus dem HyNRGCube-Projekt ist ein sehr anwendungsorientiertes Beispiel dafür, wie sich eine bereits ausgereifte Technologie in einem völlig anderen Kontext effizient nutzen lässt. Weil die „Hy-Energy Cubes“ als kompakte Einheiten modular konzipiert sind, können sie individuell ausgelegt werden und somit punktuell den stationären Strom‑ und Wärmebedarf unterstützen. Insbesondere dort, wo es um die Versorgung kritischer Infrastrukturen geht, könnte das Konzept zukünftig einen wichtigen Beitrag für mehr Resilienz und Sicherheit liefern: „Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen haben den entscheidenden Vorteil, dass sie Strom und Wärme auch völlig netzunabhängig bereitstellen können. Im Falle großflächiger Stromausfälle oder Störungen, zum Beispiel in der Erdgas-Infrastruktur, lassen sie sich auch im Inselbetrieb in Kombination mit einem H₂-Speicher autark betreiben“, sagt Langnickel. Das macht die Technologie für die Krisenvorsorge sehr interessant, zum Beispiel in Energiezentralen oder in der Notfallmedizin, wie Langnickel ergänzt. „Und im Gegensatz zu Notstromaggregaten, die außerhalb von Notfällen ungenutzt bleiben, sind die Cubes bereits im regulären Betrieb systemischer Bestandteil der Energieversorgung. Das führt nicht nur zu durchgehend effizient genutzter Energie, sondern auch zu sehr viel höheren Einsatzzeiten – und damit zu mehr Wirtschaftlichkeit.“  

Synergieeffekte für Hersteller und Verbraucher

Ohnehin spielte der finanzielle Blick auf die spätere praktische Anwendung von Projektbeginn an eine große Rolle: Bislang sind keine kostengünstigen Lösungen für stationäre Brennstoffzellensysteme in dieser Leistungsklasse am Markt verfügbar, weil es die dafür erforderliche Serienfertigung mit großen Stückzahlen in diesem Marktsegment nicht gibt. Durch die Umwidmung bereits entwickelter Systeme entfallen jedoch eventuell noch ausstehende Kosten für die Produktentwicklung. Zudem könnten sich für die Hersteller und Verbraucher vorteilhafte Synergien ergeben, die über höhere Stückzahlen zur Kostendegression führen.