Wasserstoffmobilität: Intelligente Betriebsstrategie ermöglicht Elektrolyse direkt an Tankstellen
Klimaneutraler Wasserstoff zur Betankung von Fahrzeugen lässt sich per Elektrolyse direkt an Tankstellen herstellen – die Kosten dafür lassen sich erheblich reduzieren, wenn der Prozess optimiert wird. Das ist das Fazit eines zweijährigen Forschungsprojekts des Reiner Lemoine Instituts (RLI) im Rahmen des Förderprogramms „Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie“ (NIP) stattfand. Im Projekt „H2BER“ wurde der Betrieb einer Wasserstofftankstelle am Flughafen BER wissenschaftlich analysiert und anhand verschiedener Parameter optimiert. Das Ergebnis: Rund ein Fünftel der Wasserstoffherstellungskosten könnten eingespart werden.
Die Tankstelle am zukünftigen Flughafen BER verfügt über einen Onsite-Elektrolyseur, der Wasserstoff direkt vor Ort mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen herstellt. Strom für Elektrolyse lässt sich aus verschiedenen Quellen beziehen: Durch Teilnahme am Spot- und Regelenergiemarkt oder per direkter Anbindung an eine Erneuerbare-Energie-Quelle, wie etwa einen Windpark. Im Projekt wurde jede dieser Bezugsmöglichkeiten untersucht und mithilfe von Simulationsmodellen mit einer intelligenten Betriebsstrategie versehen. Außerdem wurden die verschiedenen Komponenten der Tankstelle (Elektrolyseur, Wasserstoffverdichter und -speicher sowie die Tankanlage mit Vorkühlung) für verschiedene Anwendungsfälle so dimensioniert, dass sich möglichst geringe Herstellungskosten für Wasserstoff ergeben.
Der im Ergebnis erfolgreichste Ansatz bezieht neben der Optimierung der Tankstelle außerdem noch Prognosen für Strompreise, Windenergieverfügbarkeit und Wasserstoffnachfrage mit in die Berechnung ein (prädiktiver Ansatz). Eine nicht optimierte Wasserstofftankstelle mit Onsite-Elektrolyse der H2 Mobility Tankstellenklasse „Small“ hat bei nicht vorausschauender Spotmarktteilnahme Kosten von etwa 13,02 € pro hergestelltem Kilogramm Wasserstoff – das ist teurer, als den Wasserstoff „fertig ab Werk“ zu kaufen, auch, weil Stromabgaben und -umlagen für Erzeuger den Preis nach oben treiben. Onsite-Elektrolyse bietet allerdings den Vorteil, dass die Tankstelle von Wasserstofflieferungen unabhängig ist, Transportkosten wegfallen und Investitionskosten gering bleiben. Durch die Optimierung des Betriebs mit der prädiktiven Strategie sowie eine höhere Auslastung mit Bussen lassen sich die Kosten zudem an vielen Stellen senken. Der in der RLI-Studie beste Fall ergab sich durch die direkte Anbindung der Tankstelle an einen Windpark, hier sanken die Kosten auf 10,36 €/kg.
Als letzter Schritt wurden die Ergebnisse des Projekts als interaktive Animation in einem Demonstrator verarbeitet, der das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten im Detail zeigt. So wird die Funktionsweise von Wasserstofftankstellen interessierten Nutzerinnen und Nutzern spielerisch vermittelt.
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