CSIRO bringt neue Wasserstofftechnologie auf den Markt, die 30 Prozent weniger Wind- und Solarenergie verbraucht

Das CSIRO hat ein neues Unternehmen gegründet, das über eine Elektrolyseur-Technologie verfügt, die 30 Prozent weniger Wind- und Solarenergie benötigt – ein erheblicher Fortschritt im Wettlauf um eine möglichst effiziente und kostengünstige Produktion von grünem Wasserstoff.

Ein neues Unternehmen namens Hadean Energy wird die Spitzentechnologie im Port Kembla Steelworks von BlueScope testen, um die Ausrüstung im Pilotmaßstab in einer industriellen Umgebung zu demonstrieren, bevor es zu Installationen im Megawattmaßstab übergeht.

Es handelt sich um eine von mehreren neuen grünen Wasserstofftechnologien, bei denen die Effizienz – insbesondere bei der Menge des verbrauchten Stroms – entscheidend ist. Hysata, ein Spin-off der University of Wollongong, hat kürzlich seine erste Produktionsanlage in Port Kembla eröffnet und baut seine erste 5-MWh-Anlage.

Elektrolyseure, die industrielle Hitze und feste Keramikelektrolyte nutzen, sind schwer zu skalieren, sie zersetzen sich bei hohen Temperaturen und die langen Dichtungen an den Rändern der flachen, quadratischen oder rechteckigen Formen bieten viele Möglichkeiten für Undichtigkeiten.

Doch bislang ist es eine der wenigen Möglichkeiten für Industriestandorte, Abwärme, die ansonsten teuer gekühlt werden müsste, und Abdampf zur Herstellung von Wasserstoff oder synthetischen Kohlenwasserstoffen zu nutzen.

CSIRO-Forscher haben die letzten sieben Jahre damit verbracht, eine Alternative zu entwickeln: Warum nicht statt flacher Quadrate Röhren bauen, die nur an jedem Ende versiegelt werden müssen?

Das Endergebnis, ein Keramikrohr mit Elektroden innen und außen, ist täuschend einfach. Aber die Forscher unter der Leitung von CSIRO-Wasserstoffleiter Dr. Sarbjit Giddey mussten eine Reihe von Herausforderungen meistern, bevor sie zu ihrem ersten 250-Watt-System kamen (flache Quadrate sind einfach zu bauen – Röhren nicht).

Der Test seiner ersten Kilowattanlage im Stahlwerk Port Kembla von Bluescope Steel wird nächstes Jahr vier Monate lang fortgesetzt. In der Zwischenzeit wird daran gearbeitet, den Herstellungsprozess zu skalieren, um eine Einheit im Megawatt-Maßstab zu bauen.

In fünf Jahren will das Unternehmen Multi-Megawatt-Anlagen bauen und verkaufen, sagt Dougal Adamson, ein leitender Angestellter bei RFC Ambrian.

Die Technologie der röhrenförmigen Festoxidelektrolyse (SOE) nutzt Dampf aus industriellen Prozessen zur Aufspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff sowie industrielle Prozesswärme, um die zum Aufbrechen der Moleküle erforderliche Energie und damit die Kosten für die Herstellung von Wasserstoff oder synthetischen Gasen durch Aufspaltung zu senken Kohlendioxidmoleküle.

Elektroden innerhalb und außerhalb der Röhre sorgen für die Energie zur Spaltung der Moleküle. Das Keramikmaterial lässt die Sauerstoffionen entweichen, während der Wasserstoff zurückgehalten wird.

Sie sagen, dass das System bei 800 °C 30 Prozent weniger Strom oder etwa 40 Kilowattstunden (kWh) pro Kilogramm Wasserstoff verbraucht als ein Protonenaustauschmembran-Elektrolyseur (PEM) oder ein alkalisches System, das etwa 55 kWh/kg verbraucht Wasserstoff.

Bei Wärme „schlechter Qualität“, also etwa bei 200–300 °C, ist es 20 Prozent effizienter, sagt Adamson.

„Was die Grundlagenforschung angeht, ist die Zelle selbst, die CSIRO entwickelt hat, wirklich gut, daher ist die Grundlagenforschung ausgezeichnet und branchenführend. Was Hadean macht, ist der nächste Schritt der Entwicklung und die Entwicklung eines nutzbaren, kommerziellen Produkts für die Industrie, etwas, das sicher, langlebig und skalierbar ist“, sagt er.

Das neue System könnte für beide Wärmeniveaus nützlich sein.

Das bedeutet, dass Unternehmen mit überhitztem Dampf den zusätzlichen Schritt überspringen können, ihn durch eine Turbine zu leiten, um dann einen PEM-Elektrolyseur anzutreiben, sagt Adamson.

Und aufgrund der im Dampf eingebetteten Wärme bedeutet dies, dass Wärme von geringer Qualität, die ansonsten nicht nutzbar ist und mit Kältemaschinen gekühlt werden muss, mit diesem System immer noch effektiv ist.

Giddey sagt, dass die Technologie es ermöglicht, industrielle Abwärme wieder in industrielle Prozesse zu integrieren, wodurch auch Lager- und Transportkosten und damit der Einsatz fossiler Brennstoffe im industriellen Prozess entfallen.

Dieses System muss mit quadratischen, planaren Keramikelektrolyseuren von Unternehmen wie Bloom Energy und Sunfire in den USA konkurrieren.

Giddey sagt, dass das Hadean-System einfacher und einfacher zu stapeln ist, um die Größe zu vergrößern, und der von CSIRO entwickelte Herstellungsprozess ist auch einfacher als bei den planaren Optionen, die eine vergleichsweise umfassende Abdichtung an den Kanten mit Glasmaterialien erfordern.

Planare Systeme bieten aufgrund ihrer Struktur eine bessere Leistung auf Zellebene. Durch die Anordnung der Zellen in einem Sandwich ist es jedoch schwierig, Spannungen im gesamten Stapel zu bewältigen, was bedeutet, dass Leckagen auftreten, wenn die Dichtungen schneller nachlassen, sagt Adamson.

Er sagt, dass die Hadean-Zellen ebenfalls funktionieren, aber den Vorteil haben, dass für die gleiche aktive Fläche nur 2 cm Versiegelungsmaterial benötigt werden, im Vergleich zu 120 cm.

Rachel Williamson ist eine Wissenschafts- und Wirtschaftsjournalistin, die sich auf klimawandelbedingte Gesundheits- und Umweltthemen konzentriert.