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Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2016

Engineering the Energy Future: Konzepte und Technologien für das Energiesystem der Zukunft

Jülich / Hannover, 21. April 2016 – Für die zukünftige Energieversorgung spielt Wasserstoff eine zentrale Rolle. Durch ihn lassen sich große, regenerativ gewonnene Energiemengen auch über längere Zeiträume speichern. Unter dem Motto "Engineering the Energy Future" stellen Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Hannover Messe (25. – 29. April 2016) Konzepte und grundlegende Komponenten für die Herstellung und Nutzung des vielseitig verwendbaren Energieträgers vor. In Halle 27, Stand E69 informieren sie unter anderem über Fortschritte bei der Entwicklung von Wasserelektrolyseuren und Brennstoffzellen.

Erneuerbare Energien werden einen großen Anteil im Energieversorgungssystem der Zukunft übernehmen. Die deutsche Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2050 die Treibhausgasemissionen im Vergleich zu 1990 um bis zu 95 Prozent zu reduzieren. Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung soll dann 80 Prozent betragen. Doch der dafür notwendige technische Wandel braucht gewisse Vorlaufzeiten. So können manche vielversprechende Technologien, die sich heute noch in der Grundlagenforschung befinden, kaum zu den 2050er Zielen beitragen. Deshalb modellieren Jülicher Verfahrens- und Systemanalytiker künftige Infrastrukturen für erneuerbare Energien und analysieren Trends im Strommarkt und im Verbraucherverhalten. Auf diese Weise können sie Kosten und Durchführbarkeit möglicher Konzepte realistisch einschätzen. Auf dem Stand des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung stellen sie ihre Forschung mit dem Kurzfilm "Energiesystem 2050" vor.

Ausschnitt aus dem Kurzfilm "Energiesystem 2050"Ausschnitt aus dem Kurzfilm "Energiesystem 2050": Jülicher Verfahrens- und Systemanalysten modellieren künftige Infrastrukturen für erneuerbare Energien und analysieren Trends im Strommarkt und im Verbraucherverhalten. Auf diese Weise können sie Kosten und Durchführbarkeit möglicher Konzepte realistisch einschätzen.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Großtechnische Energiespeicherung

Modell einer Elektrolysezelle im QuadratmetermaßstabModell einer Elektrolysezelle im Quadratmetermaßstab zur Visualisierung der 2-Phasenströmung
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Wasserstoff ist ein universell einsetzbarer Energieträger. Er kann in ein Gasnetz eingespeist oder zu flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeitet werden. Fahrzeuge, die mit entsprechenden Brennstoffzellen ausgestattet sind, können Wasserstoff auch direkt als Treibstoff nutzen. Als Abgas entsteht dabei lediglich Wasser. Allerdings kommt Wasserstoff in der Natur nicht frei vor, sondern muss unter Energieaufwand erzeugt werden – zum Beispiel durch die Spaltung von Wasser mithilfe elektrischer Energie. In ihrer konventionellen Form, der alkalischen Elektrolyse, wird mit Kalilauge angereichertes Wasser verwendet. Bei der modernen Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Elektrolyse wird destilliertes Wasser durch elektrischen Strom in Sauerstoff, freie Elektronen und Protonen gespalten. Die Protonen treten durch eine Membran und verbinden sich mit den Elektronen zu Wasserstoff.

Im Gegensatz zu anderen Elektrolysearten benötigt die PEM-Elektrolyse keine bedenklichen Chemikalien. "Sie ist außerdem leistungsfähiger", erklärt Bernd Emonts vom Institut für Energie- und Klimaforschung, Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3). "Die Zellen sind kleiner und es wird mehr Wasserstoff produziert." Ihr Nachteil ist der noch hohe Preis. "Der hergestellte Wasserstoff ist derzeit zu teuer, insbesondere die als Katalysatormaterial verwendeten Edelmetalle sowie die aufwendigen Separatorplatten treiben den Preis in die Höhe", so Emonts. Die Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung entwickeln kostengünstige nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse, wie neue, robustere Membrantypen und alternative Werkstoffe für die Katalysatorbeschichtungen. Auf ihrem Stand in Halle 27 zeigen sie unter anderem ein Modell einer Elektrolysezelle.

Umweltfreundliche und effiziente Stromquelle

Brennstoffzellen wandeln wasserstoffreiche Brennstoffe in Elektrizität um. Sie arbeiten entweder mit reinem Wasserstoff oder mit wasserstoffhaltigen Gasgemischen. Für mobile Anwendungen, zum Beispiel Flugzeuge oder LKW, liegt der Kraftstoff meist in flüssiger Form vor – als Flüssiggas, Benzin, Kerosin oder Diesel. Diese werden derzeit noch hauptsächlich aus Rohöl hergestellt, doch zum Teil auch schon aus Biomasse.

Statt einer klassischen und emissionsintensiven Verbrennung arbeiten Brennstoffzellen mit einer elektrochemischen Reaktion. Sie sind deshalb eine umweltfreundliche – und effiziente – Stromquelle: Hochtemperatur-Brennstoffzellen liefern elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent, wobei sich die entstehende Abwärme noch zusätzlich nutzen lässt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich arbeiten seit über zwanzig Jahren an ihrer Entwicklung und Verbesserung. "Die Forschungsschwerpunkte reichen dabei von elektrochemischer Grundlagenforschung über die Erzeugung von Brenngas bis hin zur Entwicklung von neuen Zellen und Zellenstapeln – sogenannten Stacks", erklärt Emonts. Auf der Hannover Messe stellen sie drei ihrer aktuellen Projekte vor: Reaktoren für die Brenngaserzeugung, Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC) und Feststoffoxid-Brennstoffzellen (SOFC). Die Jülicher SOFC stellte letzten Oktober einen neuen Weltrekord auf – mit über 8 Jahren oder 70.000 Stunden läuft sie länger als je eine andere keramische Brennstoffzelle zuvor.

Messestand des Forschungszentrums auf der Hannovermesse25. April: Prof. Otmar Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft, und Prof. Holger Hanselka, Präsident des KIT, besuchen den Jülicher Stand auf der Hannovermesse. V.l.n.r.: Dr. Holger Jansen, Herr Andreas Schulze Lohoff, Prof. Otmar Wiestler, Dr. Carmo Marcelo, Herr Klaus Wedlich, Dr. Vitali Weißbecker, Prof. Holger Hanselka.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Weitere Informationen:

Forschungszentrum Jülich auf der Hannovermesse

Forschung am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung, Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)

Ansprechpartner:

Dr. Bernd Emonts (Wissenschaftliche Koordination)
Instituts für Energie- und Klimaforschung
Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)
Tel. +49 2461 61-3525
E-Mail: b.emonts@fz-juelich.de

Dr. Wiebke Lüke (PEM-Elektrolyse), IEK-3
Tel. +49 2461 61-9073
E-Mail: w.lueke@fz-juelich.de

Dr. Martin Müller (Verfahrenstechnik Elektrolyse), IEK-3
Tel. +49 2461 61-1859
E-Mail: mar.mueller@fz-juelich.de

Prof. Werner Lehnert (Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen), IEK-3
Tel. +49 2461 61-3915
E-Mail: w.lehnert@fz-juelich.de

Prof. Ralf Peters (Brenngaserzeugung), IEK-3
Tel. +49 2461 61-4260
E-Mail: ra.peters@fz-juelich.de

Prof. Ludger Blum (Festoxid-Brennstoffzelle), IEK-3
Tel. +49 2461 61-6709
E-Mail: l.blum@fz-juelich.de

Dr-Ing. Martin Robinius (Verfahrens- und Systemanalyse), IEK-3
Tel. +49 2461 61-3077
E-Mail: m.robinius@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Dr. Regine Panknin
Unternehmenskommunikation
Tel.: +49 2461 61-9054
E-Mail: r.panknin@fz-juelich.de