Wie eine grüne Energiespeicherung die erneuerbare Energie beflügeln kann
Erneuerbare Energiesysteme wie Wind- und Sonnenenergie versorgen uns mit sauberem Strom aus natürlichen Ressourcen und verringern so unsere Abhängigkeit von umweltschädlichen und oftmals importierten fossilen Brennstoffen. Diese erneuerbaren Energiequellen unterliegen jedoch Schwankungen – sie hängen von der Sonneneinstrahlung oder den Windverhältnissen ab – und die Erzeugung entspricht nicht immer dem Bedarf.
Speicherung mit grünem Wasserstoff
„Die grüne Energiewende erfordert mehr als nur die Entwicklung sauberer Technologien“, erklärt Angela Mary Thomas, Koordinatorin von Projekt AMBHER(öffnet in neuem Fenster) bei Tecnalia(öffnet in neuem Fenster) in Spanien. „Es bedarf auch innovativer Speicherlösungen.“ Die Speicherung von grünem Wasserstoff ist eine der Möglichkeiten, diese Umstellung zu unterstützen. Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt werden, der dann gespeichert, transportiert und schließlich in Brennstoffzellen, im Verkehrssektor oder in industriellen Verfahren eingesetzt werden kann. „Die größte Herausforderung bei der Speicherung von grünem Wasserstoff besteht darin, dass Wasserstoff eine geringe volumetrische Energiedichte aufweist“, erklärt Thomas. „Die direkte Speicherung erfordert in der Regel spezielle Materialien oder Hochdruckbehälter, oft bei sehr niedrigen Temperaturen. Die Umwandlung von Wasserstoff in einfache Moleküle wie Ammoniak kann die langfristige Speicherung erleichtern, doch die Umwandlung und Rückgewinnung sind auch mit Energieverlusten und zusätzlicher Ausstattung verbunden.“
Wasserstoffspeicherung mittels MOFs und Ammoniak
Das EU-finanzierte AMBHER-Projekt hatte das Ziel, die Entwicklung dieser Wasserstoffspeichertechnologien für die kurzfristige wie auch langfristige Speicherung voranzubringen und schließlich eine Grundlage für die spätere Vermarktung zu schaffen. Zu diesem Zweck führte das Projekt ein Konsortium von 16 Partnern aus sechs Ländern zusammen, deren Fachgebiete von der angewandten Werkstoffkunde bis zur großmaßstäblichen Energieversorgung reichten. Für die kurzfristige Speicherung entwickelte das Team neuartige, ultraporöse metallorganische Gerüste (Metal Organic Frameworks, MOFs). MOFs sind käfigartige, poröse Materialien, die aus durch organische Moleküle verbundenen Metallionen bestehen und an denen sich Wasserstoff anlagern kann. Diese MOFs lassen sich in neu entwickelte Speicherbehälter für Transportanwendungen integrieren. Die langfristige Wasserstoffspeicherung umfasst die sichere und nachhaltige Erzeugung von Ammoniak. Hierzu wurden neue Katalysatoren und Membranen entwickelt, die zur Verfahrensintensivierung in Membranreaktoren integriert werden sollten. Im Blickpunkt stand eine ressourceneffiziente Verarbeitung und kostengünstige Materialsynthese, um den Material- und Energiebedarf zu senken und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zu stärken. „Auf diese Weise konnten wir komplementäre Ansätze für die Wasserstoffspeicherung über verschiedene Zeitskalen voranbringen“, sagt Thomas. „Dies kann zu resilienteren, nachhaltigeren und sichereren Rohstoffwertschöpfungsketten beitragen, indem die europäischen Kompetenzen bei der Entwicklung und Herstellung fortschrittlicher Katalysatoren, Membranen und nanoporöser Materialien gestärkt werden.“
Eine klimaneutrale europäische Energiewirtschaft
Das Projekt konnte die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Speicherlösungen demonstrieren. AMBHER repräsentiert somit einen konkreten Schritt hin zu einer sicheren, kreislauforientierten und klimaneutralen europäischen Energiewirtschaft. Zudem liefert es eine technologische Grundlage für die anschließende industrielle Demonstration und den kommerziellen Einsatz. Während der Umsetzung wurden mehrere technische Herausforderungen hinsichtlich der Materialentwicklung identifiziert. Laut dem Technologiefahrplan von AMBHER ist mit der letztlichen Kommerzialisierung beider Lösungen in sieben bis elf Jahren zu rechnen. Hierzu sind kontinuierliche Investitionen in die Entwicklung neuartiger Materialien – vom Labormaßstab bis zur Marktreife – erforderlich. Die AMBHER-Beteiligten im Bereich der Technologieentwicklung freuen sich auf die Verwertung beider Speicherlösungen durch Patentierung, gewerbliches Design und Lizenzvereinbarungen für die entwickelten Materialien und Verfahren. Außerdem kann die indirekte industrielle Nutzung der Ammoniaksynthese durch integrierte katalytische Membranreaktorsysteme im Hinblick auf Lizenzvereinbarungen und Technologietransfers an Ammoniakproduzenten und Technologieanbieter ausgelotet werden.
