Mit Brennstoffzellen für die Energiewende – Der Forschungsverbund ForOxiE²
Die Energiewende ist eine der großen Herausforderungen dieser Zeit. Im Forschungsverbund ForOxiE² (Oxidationsstabile und katalytisch aktive Werkstoffe für „atmende“ thermo-elektro-chemische Energiesysteme) arbeitet die Hochschule Coburg mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft an Möglichkeiten der Speicherung erneuerbarer Energie. Hierfür wird eine Brennstoffzelle Belastungstests unterworfen, um einen auf Dauer funktionierenden, langlebigen Energiespeicher zu entwickeln.
Die Debatte um die große Stromtrasse, die von Nord nach Süd verlaufen soll, bewegt seit Wochen das ganze Land. Der Transport von Strom führt unweigerlich zu Verlustketten, weshalb eine dezentrale Energieversorgung erstrebenswert ist. Die Weiterentwicklung von Energiespeichern ist dabei entscheidend, da durch sie der verbrauchernah produzierte Strom auch dezentral gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Damit die Energiewende Erfolg hat, muss ein stabiles Stromnetz garantiert und Versorgungslücken möglichst vermieden werden.
Das Verbundprojekt ForOxiE² beschäftigt sich mit der Möglichkeit, Brennstoffzellen in Kombination mit Wasserstoffspeichern und Elektrolyseuren als Energiespeicher einzusetzen. Brennstoffzellen sind bisher in dieser Funktion noch wenig erprobt, da sie aufgrund ihrer noch zu geringen Lebensdauer, einer hohen Systemkomplexität und den kostenintensiven Materialien in der Praxis selten eingesetzt werden. Ihre Umweltverträglichkeit macht sie aber für die Speicherung alternativer Energie äußerst attraktiv.
Der Forschungsverbund ForOxiE² hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Materialien der Brennstoffzellen zu untersuchen und weiterzuentwickeln, um so die Voraussetzung für einen Einsatz in der Industrie zu schaffen. Der Verbund setzt sich aus Forschenden der Universitäten Bayreuth und Erlangen sowie der TU München und der Hochschule Coburg zusammen. Zehn Industriepartner ergänzen die wissenschaftliche Perspektive und garantieren die praxisnahe Einbindung der Forschungsergebnisse. Neben der Finanzierung durch die beteiligte Industrie erhält der Forschungsverbund eine Förderung der Bayerischen Forschungsstiftung und verfügt somit über ein Projektvolumen von 4,31 Millionen Euro.
Die Hochschule Coburg übernimmt in diesem Verbund den elektrotechnischen Arbeitsbereich und führt Versuche mit einer PEM-Brennstoffzelle durch. Diese wird von dem Industriepartner Proton Motors Fuel Cells GmbH gestellt. Die Wahl fiel auf eine Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolyt-Membran, da sich diese durch eine hohe Leistungsdichte auszeichnet und zu den Niedrigtemperaturzellen zählt. An der Hochschule Coburg wird die Zelle Belastungstests unterworfen, deren Lastprofile aus Daten generiert werden, die in einem Vorgängerprojekt über einen Stromspeicher im Realbetrieb erhoben wurden. Gemeinsam mit den Stadtwerken Neustadt konnten hier Daten zum Verbrauchsverhalten und zu Lastsprüngen im System gesammelt werden. Die Stadtwerke sind auch in diesem Projekt ein wichtiger Partner der Hochschule Coburg. Die Vorarbeiten ermöglichen die Erstellung eines realitätsnahen Belastungsprofils, das auf die Gegebenheiten der Brennstoffzelle angepasst wird.
Im Fokus der Forschenden steht die Membran der Brennstoffzelle. Dabei ist von Interesse, wie die Membran unter anderem bei großer Überlastung, geringem Lastzustand sowie bei plötzlichen Schwankungen reagiert. Die Forschenden erwarten sich Erkenntnisse, die zur Optimierung des Betriebsverhaltens der Brennstoffzelle beitragen können. Durch die Weiterentwicklung von Energiespeichern soll die Unterstützung der Netzstabilität verbessert werden.
Im Forschungsverbund ForOxiE² bündeln sich die Wissenschaften und die Industrie Bayerns in einem interdisziplinären Projekt. Die Forschenden stammen aus den Bereichen der Materialwissenschaft, der Elektrochemie und Elektrotechnik und nähern sich unter verschiedenen Gesichtspunkten der Erforschung von Membranmaterialien, wie sie in Brennstoffzellen oder auch Elektrolyseuren verwendet werden. Die Kooperation mit den Industriepartnern ermöglicht zudem eine praxisnahe Sicht auf die Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzelle in der Elektroenergieversorgung, denn eine Integration des weiterentwickelten Stromspeichers in das Netz der Energieversorgung stellt das angestrebte Endziel des Forschungsverbunds dar. Effektive Brennstoffzellen können zudem in Mikro-Blockheizkraftwerken und der Autoindustrie Anwendung finden. Für ein Gelingen der Energiewende ist diese Gesamtintegration von Elektrik, Wärme und Straßenverkehr notwendig, wohin die Forschenden von ForOxiE² einen ersten Schritt gehen.