Wasserstoffenergiesysteme

Aufgrund der aktuellen Entscheidungen zur Energiepolitik, die der weltweiten Erwärmung unserer Atmosphäre Rechnung tragen, ist in Deutschland eine Entwicklung der Energiesysteme hin zu einer Versorgung mittels regenerativ gewonnener elektrischer Energie beschlossen und begonnen worden. Da regenerativ erzeugte elektrische Energie aus Wind und Sonne diskontinuierlich anfällt, rückt das Thema der Energiespeicherung immer stärker ins Zentrum der Aufmerksamkeit.
Neben den Konzepten zur Speicherung in Batteriesystemen (z.B. in den Lithiumakkumulatoren, REDOX-Flow-Batterien) gehen Experten davon aus, dass (insbesondere) zur Langzeitspeicherung von Energie der Gewinnung von Wasserstoff mittels Elektrolyse große Bedeutung zukommen wird. Auf diese Weise wird die Langzeitspeicherung, z.B. in Kavernenspeichern, möglich, ähnlich wie dies heute bereits bei der Langzeitspeicherung von Erdgas vorgenommen wird.

Die Arbeitsgruppen „Wasserstoffenergiesysteme“ und „Wasserstofftechnik“ befassen sich seit über 15 Jahren mit der Entwicklung und Untersuchung von kleinen bis mittleren PEM Brennstoffzellen und Elektrolyseursystemen. Eine Vielzahl von Prototypen konnte bereits realisiert werden, wobei für die in-situ Untersuchungen Brennstoffzellenprüfstände von 30W (MEA-Tests) bis 1,8kW (Imax 150A) bzw. ein Elektrolyseurteststand bis 1kW (Imax 100A) zur Verfügung stehen. Darüber hinaus entsteht zurzeit ein neuer PEM-Hochdruck-Elektrolyseurprüfstand zur Untersuchung von Einzelzellen bis zu einer Leistungsaufnahme bis 5kW.

Ein Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung von Einzelzellen, Stacks sowie Systemen, insbesondere für Spezialanwendungen (z.B. zylindrische Designs mit einem Durchmesser von 30 bis 250mm). Prototypen werden aus Graphit oder Edelstahl gefertigt, wobei hier eine eigene Anlage zur galvanischen Beschichtung entwickelt worden ist. Es besteht eine hohe Kompetenz in der Beschichtung von metallischen und graphitischen Werkstücken z.B. mit Nickel, Cobalt, Gold oder Platin. Darüber hinaus liegen große Erfahrungen in der Verwendung titanbasierter Polplatten vor. Die Konstruktion sowie Fertigung erfolgt vollständig in der Westfälischen Hochschule. Systeme im Labormaßstab werden vornehmlich aus kommerziell verfügbaren Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) aufgebaut. Die Entwicklung von eigenen MEAs für PEM-Brennstoffzellen und Elektrolyseure befindet sich zurzeit in der Validierungsphase.

Eine Schlüsselentwicklung der Arbeitsgruppe ist ein neuartiges modulares Stackdesign auf Basis der hydraulischen Verpressung, welches bereits weltweit zum Patent angemeldet worden ist. Brennstoffzellenprototypen bis 500 W sind bereits demonstriert worden. Untersuchungen an den neuen Systemen zeigten eine wesentlich verbesserte Stromdichte- und Temperaturverteilung durch die Anwendung der hydraulischen Verpressung von Einzelzellen. Ein Hochdruck-Elektrolyseur basierend auf diesem Prinzip befindet sich zurzeit in der Entwicklung, wobei Laborfunktionsmuster bereits der Öffentlichkeit präsentiert worden sind.