Suche

zur Hauptseite

Institut für Energie- und Klimaforschung

Navigation und Service


Wasserstoffinfrastruktur

Die elektrolytische Produktion von Wasserstoff zu Zeiten hoher Energieeinspeisung durch Erneuerbare Energien und dessen anschließende Nutzung in Brennstoffzellenfahrzeugen erlaubt die Kopplung des Elektrizitäts- und Mobilitätssektors. Die zentrale Wasserstofferzeugung korreliert jedoch weder räumlich noch zeitlich mit dem Wasserstoffbedarf an Tankstellen und mit dem Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen gehen strikte Reinheitsanforderungen einher. Folglich ist eine Entwicklung neuer Infrastrukturen zur temporären Speicherung und flächendeckenden Verteilung von Wasserstoff sowie die Errichtung korrespondierender Reinigungseinheiten erforderlich. In der Verfahrens- und Systemanalyseabteilung (VSA) des IEK-3 werden für diese Problemstellung Modelle zur Analyse und Bewertung solcher Infrastrukturkomponenten für optimale Systemlösungen entwickelt. Die verwendeten Evaluierungstools umfassen Matlab® und Python sowie geologische Informationssysteme zur Georeferenzierung.

Hydrogen InfrastructureCopyright: IEK-3, Forschungszentrum Jülich

Wasserstoff-Pipelinenetze

Pipeline NetworkHydrogen pipeline network for Germany
Copyright: IEK-3, Forschungszentrum Jülich

Pipelinenetze stellen eine der vielversprechendsten Optionen zur Verbindung von Wasserstoffproduktions-standorten und -tankstellen dar. Am IEK-3 werden dafür Modelle zur Bestimmung kostenoptimaler Wasserstoff-Pipelinesysteme unter Verwendung bewährter Algorithmen entwickelt. Die Verläufe der Pipelines orientieren sich an vorhandenen Gasleitungen sowie Verkehrswegen. Während zur ersten Auswertung bereits elementare graphentheoretische Methoden ausreichen, werden im weiteren Detail Engineering die thermodynamischen Fließeigenschaften von Wasserstoff unter Einbeziehung genetischer Algorithmen berücksichtigt. Zur Einhaltung internationaler Normen werden hierbei ebenfalls Empfehlungen bezüglich des verwendeten Materials für die Pipelines abgegeben. Infolgedessen bieten unsere Modelle sichere und kosteneffiziente Lösungen für Pipelinenetzwerke innerhalb einer Vielzahl von Wasserstoffnachfrageszenarien.

Wasserstoffspeicherung

Im Rahmen des Designs einer Wasserstoffinfrastruktur sind klein- sowie großtechnische Wasserstoffspeicher notwendig um den zeitlichen Versatz in der erzeugten Wasserstoffmenge zu kompensieren. Die Optionen der Wasserstoffspeicherung können in zwei Kategorien unterteilt werden: Die Speicherung von Wasserstoff in molekularer Form (z.B. kryogenen Flüssigwasserstofftanks, Druckbehältern oder Untergrundspeichern), welche dem derzeitigen Stand der Technik entspricht, sowie in gebundener Form (z.B. in flüssigen, organischen Wasserstoffträgern oder in Metallhydriden), welche es erlaubt den Wasserstoff unter atmosphärischem Druck zu lagern. Zur Analyse der Wasserstoffbereitstellung mittels einer entsprechenden Infrastruktur werden in der Abteilung für Verfahrens- und Systemanalyse (VSA) technische und ökonomische Bewertungen durchgeführt. Diese umfassen die Entwicklung von Modellen zur thermodynamischen Analyse sowie die Simulation von Ein- und Ausspeicherungsprozessen. Aufgrund geographischer Gegebenheiten ist die großtechnische Speicherung von molekularem Wasserstoff jedoch nicht immer möglich. Folglich werden verschiedene Speicheroptionen und -pfade (inklusive der Bindung von Wasserstoff) innerhalb der Abteilung VSA untersucht.

Wasserstoffreinigung

Die Verwendung von Wasserstoff in Brennstoffzellen sowie in entsprechenden Infrastrukturkomponenten wie z.B. Pipelines, Speichern und Kompressoren geht mit strikten Anforderungen an dessen Reinheit einher. Zur Erfüllung dieser Anforderungen werden passende Wasserstoffreinigungseinheiten in der Abteilung VSA untersucht und deren Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffinfrastruktur beurteilt.

Hydrogen PurificationProcess flow chart of a temperature swing adsorption plant
Copyright: IEK-3, Forschungszentrum Jülich

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Dr. Jochen Linßen
Telefon: +49 2461 61-3581
Fax: +49 2461 61-6695
E-Mail: j.linssen@fz-juelich.de

Servicemenü

Homepage