Die Wasserstoff-Brennstoffzelle für einen umweltfreundlichen Energiemix in Gebäude und Areal
Wasserkraft, Solar- und Windenergie sind die Pfeiler einer erneuerbaren, grünen Energiewirtschaft in der Schweiz. In der Energiestrategie 2050 beschäftigt sich der Bund intensiver mit der grünen Energiewirtschaft. Durch die zunehmende Solar- und Windstromerzeugung besteht ein Risiko dafür, dass das Schweizer Stromsystem in ein Ungleichgewicht gerät: Bei viel Wind und viel Sonne wird mehr Strom produziert als benötigt wird, bei Flaute und Bewölkung fehlt dieser.
Mit der Nutzung von umweltfreundlichem Wasserstoff können starke Energieschwankungen teilweise ausgeglichen werden. Die unplanbare Solar- und Windenergie wird nicht vollständig direkt in das Netz eingespeist, sondern für die Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse genutzt. In Zeiten der Energieflaute aufgrund von Windstille und starker Bewölkung z.B. im Winter (Winterstromlücke) wird der so hergestellte und in Tanks zwischengelagerte Wasserstoff wieder zur Energieerzeugung genutzt.
Zusammenarbeit im Projektteam mit einer gemeinsamen Vision
Die Hälg Group befasst sich seit 2020 mit der «Wasserstoff-Brennstoffzelle». Sie ist Teil eines Projektteams aus drei Partnerfirmen: Die Osterwalder AG in St. Gallen ist Partnerin für die Produktion von grünem Wasserstoff mittels Wasserkraft und dessen Transport. Die H2 Energy AG ist Technologie- und Produktions-Partnerin in Sachen Brennstoffzelle. Die Hälg Group plant, realisiert und betreut den Einsatz der stationären Brennstoffzelle in Gebäuden und Arealen.
Die Vision dieses Projektteams ist ein ideales Energienetzwerk, in dem umweltfreundlich hergestellter Wasserstoff als Energiespeicher die Lücken der weiteren erneuerbaren Energien schliesst. Im Endeffekt wird dies ein weiteres zukunftsträchtiges Puzzleteil in den Bemühungen gegen den Klimawandel und für mehr Energieunabhängigkeit der Schweiz.
Im Praxistest – ein Versuchsaufbau gemeinsam mit der Empa
Kann der Einsatz einer Wasserstoff-Brennstoffzelle tatsächlich Spitzenlasten in Stromnetzen abpuffern und sind elektrische Energie und Wärme wirklich in der kalkulierten Menge verfügbar? Diese Fragen versucht ein wegweisendes Projekt zu klären, das im Oktober 2023 in Zusammenarbeit mit der Empa gestartet wurde.
Das Projekt «h2 districts» untersucht den Einsatz von stationären Wasserstoff-Brennstoffzellen zur Vermeidung von Spitzenlasten in Quartier-Energiesystemen. Es hat bisher (September 2024) zum einen die betrieblichen Grundlagen sowie ein Simulationsmodell für Auslegung und Betrieb einer solchen Spitzenlastversorgung erstellt.
Für die praktische Erprobung wurde im Juni 2024 auf dem Empa-Campus in Dübendorf eine stationäre Brennstoffzelle errichtet. Diese wurde an die Gebäudeversorgung der Empa angeschlossen. Bis September 2025 werden in einer realen Anwendung die Parameter für Betrieb und CO2-Einsparungspotential untersucht.
Funktionsweise und Umweltverträglichkeit der Brennstoffzelle
In einer Brennstoffzelle werden die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff zusammengeführt: Durch die Anlegung elektrischer Spannung reagieren diese und verbinden sich zu Wasser(dampf). Dabei entstehen elektrische Energie und Wärme. Diese können für die Versorgung von Gebäuden und Arealen direkt verwendet werden. Das anfallende Wasser kann im Gebäude steht für andere Anwendungen zur Verfügung.
Der notwendige Wasserstoff entsteht durch Elektrolyse: Unter Einsatz von Strom spaltet sich Wasser in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff auf. Umweltfreundlich wird die Technologie durch die Verwendung von «grünem» Wasserstoff. Hier stammt der Strom aus umweltfreundlichen Energiequellen wie Wasserkraft, Solar- und Windenergie. Werden zukünftig mehr Solar- und Windkraftanlagen gebaut, können Energieüberschüsse aus dem Sommer und den windreichen Zeiten als Wasserstoff «zwischengelagert» werden.
Einsatzgebiete und Gebäudetypen für die Brennstoffzelle
Stationäre Brennstoffzellen eignen sich für verschiedene Gebäudetypen und Areale mit unterschiedlicher Nutzung. Die beste Wirkung erzielen sie in einem umfassenden Energienetzwerk mit Verbünden für Elektrizität und Wärme/Kälte. Dazu gehören neben Wasserstoff-Brennstoffzellen auch Wärmepumpen, Solarthermie, Wasserkraft, Windkraft, Photovoltaik, aber auch Batterie-Kurzzeitspeicher und E-Ladestationen für Fahrzeuge – die ebenfalls als Energiespeicher genutzt werden können.
Unser Angebot
Die Hälg Group bietet in Zusammenarbeit mit der Osterwalder Gruppe und der H2 Energy AG eine integrale Energie- und Gebäudetechniklösung in Kombination mit stationären Wasserstoff-Brennstoffzellen als Lieferant von Wärme und Elektrizität an. Unser Team kümmert sich um Planung, Installation, Wartung und Service.
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Kevin Wister
Gesamtprojektleiter / Innovationsbeauftragter
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