Skalierbare Lösungen für grüne Wasserstoffproduktion in Südafrika

Südafrika könnte als sicherer Produzent für grünen Wasserstoff – auch als Lieferant für Deutschland – in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle spielen. Herausforderungen gibt es aktuell jedoch bei der Speicherung und Verteilung des Rohstoffs. Hier knüpft das kürzlich gestartete Fraunhofer-Verbundprojekt »HySecunda« an, in dem neun Fraunhofer-Institute sowie die Fraunhofer Academy kooperieren. Im Projekt sollen optimierte Lösungen zur Herstellung, Speicherung und Zertifizierung von grünem Wasserstoff gefunden werden, zudem unterstützt das Konsortium beim Capacity Building in der Region und in aktuellen Projekten zu Wasserstoff-basierten Treibstoffen für die Luftfahrt.

Südafrika verfügt über reichlich erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind, die genutzt werden können, um sauberen und nachhaltigen Wasserstoff zu produzieren. Für Deutschland und Europa könnte das Land somit zukünftig eine wichtige Rolle als Wasserstoffproduzent einnehmen, wenn geeignete Infrastrukturen für die Wasserstoffverteilung und -speicherung entwickelt werden sowie Produktionskosten gesenkt werden können, um wettbewerbsfähig zu sein.

Hier setzt das Verbundprojekt »HySecunda« an, in dem die Fraunhofer-Institute Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Energieinfrastrukturen und Geothermie IEG, Keramische Technologien und Systeme IKTS, Silicatforschung ISC, Schicht- und Oberflächentechnik IST, Windenergiesysteme IWES, System- und Innovationsforschung ISI, Solare Energiesysteme ISE sowie die Fraunhofer-Academy für einen Zeitraum von drei Jahren praxisrelevante und skalierbare Lösungen zur grünen Wasserstoffproduktion in Südafrika entwickelt. Im Rahmen des Projekts sollen Lösungen für Capacity Building umgesetzt werden, etwa durch ein Aus- und Weiterbildungskonzept, das die länderspezifischen Bedarfe der 16 Staaten umfassenden Southern African Development Community (SADC-Region) adressiert.

Markt- und systemgerechte Lösungen für die Zertifizierung von grünem Wasserstoff

Ein zentrales Thema für »HySecunda« sind zudem Markt- und systemgerechte Lösungen für die Zertifizierung von grünem Wasserstoff und seiner Derivate. Diese sind Voraussetzung für eine erfolgreiche Kommerzialisierung und den Import nach Deutschland und Europa.

Auf technologischer Ebene unterstützen die Fraunhofer-Institute in vier Schwerpunkten:

• Die Entwicklung neuartiger Sensorik, die beispielsweise ein besseres Aufspüren von Lecks in Tanks und Leitungen sowie ein frühzeitiges Erkennen von Korrosions- und Alterungsvorgängen möglich machen soll.
• Neuartige, kombinierte Sauerstoff-/Wasserstoff-Barriereschichten. Solche Schichten verhindern das Eindringen von Sauerstoff und Wasserstoff in jeweils andere Teile der Elektrolysezelle oder in die Umgebung. Verbesserte Lösungen steigern somit die Lebensdauer und Sicherheit der eingesetzten Komponenten.
• Kostengünstigere Beschichtungen für Bipolarplatten (BPP). Solche Platten dienen als leitfähige Trennwände zwischen den einzelnen Zellen. Wegen der extremen Anforderungen an diese Komponenten (Temperatur, Druck, elektrische Spannung, korrosive Bedingungen) werden BPP meist aus Titan, Graphit, Stahl oder Edelstahl gefertigt und die Oberfläche zusätzlich mit Edelmetallen wie Gold oder Platin beschichtet. Hier will das Konsortium kostengünstigere Lösungen erproben, die den extremen Betriebsbedingungen gewachsen sind und die nötige Langzeitstabilität bieten.
• Optimierte Lösungen für poröse Transportschichten (PTL). Diese unterstützen den effizienten Transport von Gasen, Flüssigkeiten und Ionen in der Elektrolysezelle und werden zwischen der Elektrode und der Bipolarplatte platziert. Optimierte PTL-Lösungen können die Effizienz der Reaktion erheblich steigern.

Markt- und systemgerechte Lösungen für die Zertifizierung von grünem Wasserstoff

»Wir wollen Fraunhofer-Kompetenzen einbringen, um einerseits einen Beitrag zur Energiesicherheit in Deutschland und Europa zu leisten und andererseits langfristige Kooperationen mit der SADC-Region aufzubauen, durch die Wertschöpfung vor Ort möglich wird«, sagt Prof. Mario Ragwitz, Co-Sprecher des Strategischen Forschungsfelds Wasserstofftechnologien in der Fraunhofer-Gesellschaft. So wird das HySecunda-Konsortium eng mit Partnern aus dem industriellen Projekt HyShiFT zusammenarbeiten, das die Wasserstoff-basierte Herstellung von grünen Flugkraftstoffen zum Ziel hat und dabei ebenfalls auf die Möglichkeiten in Südafrika setzt. Die HySecunda-Partner, die sich zu einem Kickoff am 29. und 30. November 2023 in Halle (Saale) trafen, bieten hier komplementäre Kompetenzen und Ansätze. »Das ist ein gutes Beispiel, wie unser Konsortium andere Projekte in der Region begleiten und empowern kann«, sagt Ragwitz.

»Für uns ist das HySecunda-Projekt ein ganz wichtiger Meilenstein für den Markthochlauf von grünem Wasserstoff und seinen Derivaten. Wir freuen uns sehr, mit den Kompetenzen von neun verschiedenen Fraunhofer-Instituten die Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff und synthetischen Energieträgern im südafrikanischen Raum zu unterstützen«, sagt Dr. Klemens Ilse, Gruppenleiter »Materialdiagnostik für H2-Technologien« am im Projekt federführenden Fraunhofer IMWS.

Das Fraunhofer IEE in Kassel verantwortet in dem HySecunda-Projekt unter Leitung von Jochen Bard, Forschungsbereichsleiter Energieverfahrenstechnik, federführend den Themenblock »Zertifizierung und Markt«. In diesem Themenblock werden markt- und systemgerechte Lösungen für die Zertifizierung von grünem Wasserstoff und seiner Derivate zur Nutzung und langfristigen Sicherstellung des Imports nach Deutschland und Europa entwickelt. Daneben erabeitet das Fraunhofer IEE in dem Themenblock »Capacity Buildung« ein Aus- und Weiterbildungskonzept für den Bereich grüner Wasserstoff für die SADC-Region. In diesem Themenblock knüpft das Fraunhofer IEE mit seinen Wissenschaftler:innen an seine bisherigen Capacity-Buildung-Projekte zum Thema PtX und grüner Wasserstoff in der MENA- und SADC-Region an.

Das Forschungsvorhaben mit einem Gesamtvolumen von ca. 15 Millionen Euro wird mit dem Förderkennzeichen 03SF0734A innerhalb des 7. Energieforschungsprogramms des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE