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Dec 08, 2023

Dieser Eisenreaktor könnte eine entscheidende Rolle bei der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff spielen

Nachhaltigkeit – In Eindhoven stellte das Studententeam SOLID eine Installation vor

Nachhaltigkeit -In Eindhoven stellte das Studententeam SOLID eine Anlage vor, die Wasserstoff mithilfe von Eisen speichern und transportieren kann.

Wir können es schnell als die größte Herausforderung der Energiewende bezeichnen: die Speicherung und den Transport grüner Energie. Die Niederlande setzen voll und ganz auf Wind- und Solarenergie, das Stromnetz muss jedoch repariert werden. Mit zahlreichen Projekten, europäischen Konsortien und rund achthundert Millionen Fördermitteln nimmt die Zentralregierung grünen Wasserstoff ins Visier. Aber auch da stellt sich die Frage: Wie gestalten wir Lagerung und Verteilung?

„Es gibt bereits eine Pipeline-Infrastruktur, aber dieses Netzwerk ist auf die fünf großen Industriecluster ausgerichtet. Sie sind für dreißig Prozent der industriellen CO2-Emissionen verantwortlich, und der sechste Cluster – „der Rest“ – ist für die anderen siebzig Prozent verantwortlich.“ Alle diese Unternehmen sind vom Wasserstoffnetz getrennt. Daher ist ihre Fähigkeit, nachhaltiger zu werden, eingeschränkter“, erklärt Timme ter Horst, Geschäftsführer des Studententeams SOLID.

Daher hat das Team eine dezentrale Lösung unabhängig von dieser Infrastruktur entwickelt. Diese Lösung kommt in Form von SIR One (Steam Iron Reactor), den SOLID mit Hilfe der Projektpartner RIFT, TU/e, DNV und Metalot sowie des Subventionsgebers Metropool Regio Eindhoven gebaut hat. Der Reaktor basiert auf einer Wasserstoffspeichertechnik unter Verwendung von Eisen. SIR One kann ein Kilogramm Wasserstoff speichern und benötigt dafür zwanzig Kilogramm Eisen.

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„Mit Eisen kann man Wasserstoff sehr kompakt speichern. Der Rohstoff hat eine hohe Energiedichte und kann pro Volumen bis zu dreimal mehr Wasserstoff speichern, als wenn man Wasserstoff unter hohem Druck speichert. Das ist mittlerweile die gängigste Methode“, sagt Max Winkel geklärt. In diesem akademischen Jahr legte er eine Pause von seinem Master in Angewandter Physik und Kernfusion ein, um als Teammanager bei SOLID zu arbeiten.

Die Speicherung von Wasserstoff in Eisen funktioniert wie folgt. Durch die Reaktion von Wasserstoff mit Eisenoxid – umgangssprachlich Rost genannt – entstehen zwei Produkte: Eisen und Wasser. Dabei fungiert Eisen als Speichermedium. Um daraus Wasserstoff zu liefern, gibt SOLID dann Dampf in das Bügeleisen. Dabei entstehen wiederum Wasserstoff und Eisenoxid. Es entsteht ein Kreislauf, in dem Eisen als nachhaltiger Wasserstoffspeicher fungiert. „Das Ziel ist, dass das Eisen, das wir in den Reaktor geben, einen solchen Zyklus mindestens zwanzig Mal durchlaufen kann“, sagte er. Darüber hinaus ist Eisen das am häufigsten vorkommende Element auf der Erde und unterliegt weniger Sicherheitsbeschränkungen als Wasserstoff“, sagte Winkel. Diese Kombination macht es zu einer kostengünstigen Alternative für die Speicherung und Verteilung von Wasserstoff im großen Maßstab.

Als Winkel dem Team beitrat, fand er, dass die Technologie relativ einfach klang. „Ich habe nicht verstanden, warum das Konzept nicht schon vor langer Zeit auf dem Markt war. Jetzt weiß ich es besser (lacht). Als Physiker mache ich mir nie Gedanken über die Schraube, die ich an zwei Teilen befestigen muss. Dieses Jahr habe ich herausgefunden, wie das geht.“ „Es ist schwierig, eine Technologie zur Marktreife zu bringen.“

Das Team baut auf der von seinen Vorgängern entwickelten Technologie auf. Im Jahr 2020 entwickelten das Studententeam und das Metal Power-Konsortium die erste industrielle Eisenpulververbrennungsanlage. Daraus entstand das Spin-off RIFT, das Ende letzten Jahres Investitionen in Höhe von zwei Millionen einbrachte. Ter Horst: „Dieses Konzept ist mittlerweile auch außerhalb von SOLID erfolgreich; wir haben uns bewusst dafür entschieden, etwas anderes zu machen.“

Ter Horst glaubt, dass ihre Vorgänger wirklich erfolgreich sind, und das weckt gewisse Erwartungen. Als Geschäftsführer untersucht er, wo diese sehr junge Technologie unter den Energiegiganten ihren Platz findet. Oder, wie er es nennt, „verschiedene Märkte für Wasserstoff erkunden“.

„Der Markt rund um Wasserstoff ist sehr gehypt, aber wofür werden wir ihn wirklich nutzen? Unsere Antwort darauf lautet: Die Schwerindustrie nachhaltiger machen. Damit sind die Sektoren gemeint, die für ihre Produktionsprozesse sehr hohe Temperaturen benötigen. Es gibt sechs Industriecluster.“ Fünf davon sind an die Infrastruktur von Gaspipelines angeschlossen. Der sechste Cluster ist kein Cluster, sondern „der Rest“. Denken Sie an Hersteller von Keramik, Glas und Papier. Sie haben keinen direkten Zugang zur Infrastruktur für Wasserstoff. Darauf wollen wir uns konzentrieren, denn unsere Lösung ist dezentral.“

Darüber hinaus ist auch die saisonale Wasserstoffspeicherung ein Anwendungsbereich, auf den sich SOLID konzentriert. Winkel: „Letzten Sommer hatten die Niederlande einen großen Stromüberschuss. Damals möchte man Wasserstoff produzieren und speichern, um ihn später zu nutzen. Salzkavernen im Norden der Niederlande sind die am häufigsten genannte Alternative, aber der Nachteil ist.“ dass man sie nicht bewegen kann. Und deshalb brauchen Sie auch diese Infrastruktur. Unsere Lösung kann überall dort eingesetzt werden, wo Sie wollen.“

Bleibt eine wichtige Frage: Woher bekommt SOLID das ganze Eisen? „Wir überlegen, ob wir Alteisen in unserem Reaktor verwerten können. Außerdem: Eisen, das wir nicht mehr verwenden können, ist noch sehr rein und kann problemlos für die Stahlindustrie verwendet werden“, sagte Winkel. SOLID ist Teil des Projekts „Hydrogen in a Circular Economy“ des KWR Watercycle Research Institute.

Obwohl SIR One gerade erst auf den Markt gekommen ist, sind seine Nachfolger bereits bekannt. SIR Two soll fünfhundert Kilowattstunden Wasserstoff speichern können; 2027 will SOLID SIR Three im Rotterdamer Hafen zu Wasser lassen. Ter Horst: „Wir entwickeln kein cooles Rennauto oder keine coole Drohne, sondern eine Technologie, die das Potenzial hat, skaliert zu werden und etwas zu bewirken.“