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Kopernikus-Projekt: Power-to-X-Technologien wandeln Strom aus Erneuerbaren in andere Energieformen um

Herstellung von Grünem Wasserstoff
Mit Power-to-X-Technologien in eine klimaneutrale Zukunft

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Die Bundesrepublik will bis spätestens 2050 klimaneutral sein. Eine von zahlreichen Lösungen: Die Umwandlung von Erneuerbaren Energien in Wasserstoff. Bild: Fokussiert/stock.adobe.com

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat mit den Kopernikus-Projekten eine der größten deutschen Forschungsinitiativen initiiert. Das Ziel: eine klimaneutrale Bundesrepublik bis spätestens 2050. Um das zu erreichen, benötigen Verkehr, Industrie und Wärme emissionsarme Lösungen. Das Kopernikus-​Projekt P2X untersucht einen der vielversprechendsten Ansätze: Power-to-X Technologien, die erneuerbaren Strom in andere Energieformen umwandeln, wie zum Beispiel Wasserstoff.

Ziel des Kopernikus-Projekts P2X ist es, Technologien und Prozesse zu entwickeln, die erneuerbare Energie umwandeln und speichern können. Das Projekt erforscht entsprechend Möglichkeiten, Strom in chemische Energie umzuwandeln.

Was bedeutet Power-to-X?

Die Umwandlung von Strom in andere Stoffe nennen Wissenschaftler Power-to-X (P2X). Die Möglichkeiten, die sich daraus ergeben, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Bei Power-to-Gas, beispielsweise, entstehen gasförmige Stoffe wie Wasserstoff oder Methan.
  • Power-to-Chemicals produziert chemische Ausgangsstoffe, die industriell weiterverarbeitet werden.
  • Das Ergebnis von Power-to-Fuel ist klimafreundlicher Kraftstoff. Hierbei wird aus der Luft oder aus Abgasen gewonnenes Kohlendioxid (CO2) verwendet. Auf diese Weise wird bei der Verbrennung des Kraftstoffs in der Summe eine deutliche Emissionsminderung erzielt.

In der zweiten von drei geplanten Förderphasen befasst sich das Projekt mit dem Thema Power-to-Gas. Es sollen zum einen Wasserstoff , zum anderen ein Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid hergestellt werden. Würde man das Synthesegas zu einem Kraftstoff synthetisieren, böte es den Vorteil, die Umwelt deutlich weniger als heutige, fossile Kraftstoffe zu belasten. Denn das CO2, das es beim Verbrennen ausstößt, wurde bei der Produktion zuvor bereits aus der Luft gezogen. 

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Bild: Projektträger Jülich im Auftrag des BMBF

Schwierigkeiten bei der Herstellung von grünem Wasserstoff

Die regenerative Wasserstoffwirtschaft birgt ein großes Potenzial, das nur gehoben werden kann, wenn fundiertes Ingenieurs-Know-how, Projektentwickler-Expertise und Start-up Power auf staatliche und privatwirtschaftliche Investitionsbereitschaft treffen. Daher arbeitet das Kopernikus-Projekt mit zahlreichen Institutionen zusammen, um die Schwierigkeiten, die die Herstellung, die Speicherung und der Transport von grünem Wasserstoff birgt, beiseite zu räumen. Konkret forschen die Wissenschaftler an folgenden Baustellen: 

  • Die im P2X-Projekt untersuchten Wasserstoff-Elektrolyseure benötigen derzeit größere Mengen des seltenen und teuren Metalls Iridium. Die P2X-Wissenschaftler suchen nach Möglichkeiten, bei der Elektrolyse so wenig Iridium wie möglich zu verwenden – ohne, dass das Verfahren dadurch an Effizienz verliert.
  • Ist der Wasserstoff erst produziert, gibt es etliche Verwendungen für ihn. Die Forscher von P2X untersuchen beispielsweise, wie Wasserstoff und CO2 in Polymerbausteine umgewandelt werden können, die die Chemieindustrie dringend benötigt.
  • Weitere Verwendungsmöglichkeit findet Wasserstoff als Kraftstoff für den Straßenverkehr. So entwickelt das P2X-Team auch Konzepte für den optimalen Betrieb von Wasserstoff-Tankstellen.
  • Weil Wasserstoff bei hoher Temperatur verbrennt, untersuchen die Partner von P2X zudem, wie man Öfen der Industrie günstig mit Wasserstoff beheizen kann. Konkret testen sie das bei einem Glashersteller.
  • Eines der Probleme, das überwunden werden muss ist der Transport. Wasserstoff wird erst unter hohem Druck flüssig und lässt sich nur so gut transportieren. Das ist kompliziert und teuer. Deswegen forscht das P2X-Team auch daran, den Wasserstoff vorübergehend an Flüssigkeiten, flüssige organische Wasserstoffträger, zu binden um ihn leichter transportieren zu können.

Einige Erfolge wurden bereits erzielt: Zum einen gelang es den Forschern, den Iridium-Anteil in der Wasserstoff-Elektrolyse um den Faktor zehn zu verringern – bei gleichbleibender Leistung. Dadurch ist eine deutlich kostengünstigere Produktion von Wasserstoff-Elektrolyseuren möglich. Zum anderen hat P2X  die weltweit erste integrierte Anlage in Betrieb genommen, die aus Luft und erneuerbarem Strom in vier Schritten Kraftstoff produziert.

Weitere Erfolge betreffen die Bereiche Hochtemperatur Ko-Elektrolyse mit variablem Mischverhältnis, die Effizienz der Dehydrierkatalysatoren und die Herstellung von Oxymethylenether ohne Edelmetalle. (eve)

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