Wasserstoffanlagen haben das Potenzial fossile Brennstoffe zu ersetzen und unser erneuerbares Energiesystem mit der nötigen Flexibilität auszustatten, die uns aktuell und in Zukunft vor große Herausforderungen stellt.

HyFacility setzt die Forschungsschwerpunkte an den Schnittstellen der anderen HyTechonomy-Teilprojekte aus dem Bereich Energie & Industrie (HyGen, HyStore & Hyfficient) und verfolgt einen gesamtheitlichen Ansatz zur Optimierung eines auf erneuerbaren Wasserstoff basierten Energiesystems. Dabei erstrecken sich die Tätigkeiten über die gesamte Wertschöpfungskette von Erzeugung, über Speicherung bis hin zur Verteilung und Anwendung.

Systemintegration

Eine großflächige Einführung von wasserstoffbasierten Energiesystemen erfordert ein tiefes Verständnis des Energiemarktes und zukünftiger Geschäftsmodelle in Kombination mit kostenoptimierten Systemlayouts. Neben dem Schwerpunkt auf fortschrittlichen Elektrolysezellen- und -stapeldesigns (HyGen) sind verbesserte Anlagenperipherie-Komponenten und Systemlayouts erforderlich, um die Gesamteffizienz der Produktion sowie die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit von Wasserstoffinfrastrukturen zu erhöhen. Diese Themen werden im Projekt HyFacility durch eine Business-Case-Analyse auf Basis von Systemsimulationen von H₂-basierten Anlagen und einer Analyse von High-Potential-Gebieten in Österreich behandelt.

Elektrochemische Kompression

Die Wasserstoffverdichtung als Schlüsseltechnologie und derzeitiger Engpass der Wasserstoffanlagen ist von besonderem Interesse. Mechanische Kompressoren nach dem Stand der Technik weisen hohe Wartungsaufwände, einen erhöhten Energiebedarf insbesondere im Niederdruckbereich auf, erfordern komplexe Konstruktionen und führen zu hohen Geräuschemissionen im Betrieb. Im Zuge von HyFacility werden elektrochemische Kompressoren (EHC) detailliert erforscht, die ein hohes Potenzial zur Überwindung dieser Probleme aufweisen. Sie sind ähnlich wie Elektrolysezellen konstruiert, kommen ohne bewegliche Teile aus und ermöglichen daher einen wartungsarmen und leisen Betrieb bei gleichzeitig hoher Effizienz. Zusätzlich besitzen EHC die Fähigkeit reinen Wasserstoff aus Mischgasen zu extrahieren. Die Technologie des EHC befindet sich noch auf niedrigem TRL (Technologie-Reifegrad) und spezifischer Forschungsbedarf besteht in Bezug auf Rückdiffusionen und Membranrissen bei hohen Differenzdrücken, den Wasserhaushalt der Membran, geeignete Dichtungskonzepte und hohe Überspannungen. Die Entwicklung eines geeignetes Stack-Design und eine geeignete Materialauswahl sind erforderlich, um die Herausforderungen zu überwinden und die derzeit noch hohen Kosten der Technology zu senken. Durch den engen Austausch mit den anderen HyTechonomy-Teilprojekten können Synergien und neuesten Erkenntnisse aus der Elektrolyseentwicklung genutzt werden um einen schnellen Technologiefortschritt zu ermöglichen.

Betankungskonzepte für Großflotten

Aktuelle Wasserstofftankstellen sind vorwiegend für geringe Abnahme- und Vorhaltemengen ausgelegt. Eine Hochskalierung dieser Anlagen für die Versorgung von großen Bus- und LKW-Flotten ist mit zahlreichen technischen sowie rechtlichen Herausforderungen verbunden. Die maximale Lagermenge für SEVESO-Betriebe der unteren Klasse beträgt 5 000 kg H₂ und begrenzt somit die Flottengröße, die mittels aktuell vorherrschender Überströmbetankung aus HD-Speichern ohne Booster-Kompressoren betrankt werden kann. Daher sind alternative Betankungskonzepte im Einklang mit den Betriebskonzepten der Flotte, der Fahrplangestaltung und den entsprechenden Betankungszeiten erforderlich um kostengünstige Lösungen für eine breite Ausrollung der Technologie zu ermöglichen.  Die enge Verzahnung von Busbetriebsadaptierungen für emissionsfreie Technologien und fortschrittlichen Infrastrukturlösungen stehen daher im Fokus des Projekts und sind auch für die Gestaltung von hochfrequentierten Tankstellen auf z.B. Autobahnen von hoher Bedeutung.

Das HyFacility-Projekt zielt darauf ab, diese Herausforderungen mit den folgenden Forschungszielen zu adressieren:

• Verbesserung der Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Effizienz von elektrochemischen Kompressions -systemen
• Identifizierung von Optimierungspotenzialen hinsichtlich Effizienz, Nachhaltigkeit und Kosten für Anlagenperipheriekomponenten

• Entwicklung von Gesamtbetriebsstrategien und Layouts für Wasserstofftankstellen unter Berücksichtigung der Kosten, Komplexität und Zuverlässigkeit

• Identifikation von aktuellen und zukünftigen Wasserstoffpotentialen und Business-Cases sowie kosten- und zuverlässigkeitsoptimierten Anlagenlayouts