Projekt „MarrakEsH“: DC-Kopplung für mehr grünen Wasserstoff

Sechs Partner aus Industrie und Forschung entwickeln und erproben neue Technologien für eine autarke Energieerzeugung und -speicherung mittels grünem Wasserstoff. Durch eine direkte DC-Kopplung verschiedener Erzeuger und Speicher wie Photovoltaik-Anlagen, Batterien und Brennstoffzellen soll die Effizienz und Leistungsdichte des Gesamtsystems erhöht werden.

Ein Überblick über das Projekt

Das Projekt „MarrakEsH“ (Modulare, regenerative und autarke Energieversorgung mit H2-Technik) hat das Ziel, nachhaltige und bezahlbare Lösungen zur autarkiefähigen Energieversorgung auf Basis von grünem Wasserstoff zu entwickeln. Dieses Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert und vereint seit Oktober 2023 sechs Partner aus Forschung und Industrie.

Die Projektpartner

An dem Projekt beteiligt sind:

- GKN Hydrogen GmbH - Proton Motor Fuel Cell GmbH - Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG - Infineon Technologies AG - Hochschule Bonn-Rhein-Sieg - Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE

Die Rolle der Partner

Jeder Partner hat spezifische Aufgaben innerhalb des Projekts:

GKN Hydrogen: Dieses Unternehmen übernimmt die Integration auf Gesamtsystemebene. Durch die neuartige Wandlerarchitektur wird eine deutliche Effizienzsteigerung des Gesamtsystems erwartet. Zudem wird eine neue Metallhydrid-basierte Wasserstoff-Speicher-Einheit entwickelt, die höhere Speicherkapazitäten ermöglicht und Kosten senkt.

Proton Motor Fuel Cell: Proton Motor Fuel Cell entwickelt eine neue Generation von Brennstoffzellen, die auf die Metallhydrid-basierte Wasserstoff-Speicher-Einheit abgestimmt ist. Die thermischen Verluste der Brennstoffzelle werden genutzt, um den Wasserstoff aus dem Metallhydrid zu lösen.

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg: Die Hochschule entwickelt ein flexibles und intelligentes Energiemanagementsystem. Mittels Algorithmen sollen die Energieflüsse zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern gesteuert und die effiziente Nutzung der Systemabwärme sichergestellt werden.

Fraunhofer IEE: Das Fraunhofer-Institut konzipiert einen Demonstrator eines DC/DC-Wandlers mit einer Schaltfrequenz von bis zu 2 Megahertz. Dieser Wandler wird als Schnittstelle zur Anbindung von Brennstoffzelle und Elektrolyseur an das autarke Energieversorgungssystem dienen.

Würth Elektronik: Würth Elektronik entwickelt die magnetischen Komponenten, die für die leistungselektronischen Wandler benötigt werden. Durch die Verwendung geeigneter magnetischer Materialien und optimiertem Design werden Materialaufwand und Verluste minimiert, was die Effizienz und Wirtschaftlichkeit erhöht.

Infineon Technologies: Infineon liefert die nötige Hochleistungs-Controller-Hardware sowie Leistungstransistoren aus Silizium und Galliumnitrid. Im Rahmen des Projekts wird die Firmware der Controller entwickelt und so angepasst, dass sie den Betrieb der Wandler mit Schaltfrequenzen von bis zu 2 MHz ermöglicht.

Technologische Innovationen

DC-Kopplung

Eine der zentralen technologischen Innovationen des Projekts ist die direkte DC-Kopplung der unterschiedlichen Energieerzeuger und -speicher. Dies ermöglicht eine höhere Effizienz und Leistungsdichte des Gesamtsystems. Im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Wechselspannung können so auch die Kosten gesenkt werden.

DC/DC-Wandler

Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Projekts ist die Entwicklung eines DC/DC-Wandlers auf Basis moderner Galliumnitrid-Leistungshalbleiter. Dieser Wandler wird mit einer Schaltfrequenz von bis zu 2 Megahertz arbeiten und ist entscheidend für die Anbindung der verschiedenen Energieerzeuger und -speicher an das Gesamtsystem.

Metallhydrid-basierte Wasserstoff-Speicher-Einheit

Die Entwicklung einer neuen Metallhydrid-basierten Wasserstoff-Speicher-Einheit ist ein weiterer wichtiger Aspekt des Projekts. Diese Einheit soll höhere Betriebstemperaturen ermöglichen, was die Entladung des Wasserstoffs effizienter macht und die Gesamtkosten senkt.

Praktische Anwendungen

Das Projekt „MarrakEsH“ zielt darauf ab, praktische und bezahlbare Lösungen für Privathaushalte, kleine Unternehmen und kritische Infrastrukturen zu entwickeln. Die im Projekt entwickelten Technologien sollen die Grundlage für eine autarke Energieversorgung auf Basis von grünem Wasserstoff bilden.

Integration in das Energiemanagement

Ein flexibles und intelligentes Energiemanagementsystem, das an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg entwickelt wird, soll die Energieflüsse zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern optimal steuern. Dies ist entscheidend für die effiziente Nutzung des Systems und die Maximierung der Energieeffizienz.

Optimierung der Systemkomponenten

Die Entwicklung eines Demonstrators eines DC/DC-Wandlers am Fraunhofer IEE wird es ermöglichen, die verschiedenen Systemkomponenten effizient zu koppeln. Würth Elektronik wird die für die Wandler notwendigen magnetischen Komponenten entwickeln, um die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Systems weiter zu verbessern.

Fazit

Das Projekt „MarrakEsH“ zeigt, wie durch die Zusammenarbeit von Forschung und Industrie innovative Lösungen für die autarke Energieversorgung mittels grünem Wasserstoff entwickelt werden können. Die direkte DC-Kopplung verschiedener Energieerzeuger und -speicher, die Entwicklung moderner DC/DC-Wandler und die Optimierung von Wasserstoff-Speichereinheiten sind vielversprechende Ansätze, um die Effizienz und Leistungsdichte solcher Systeme zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken. Mit der Unterstützung des Bundeswirtschaftsministeriums und der Zusammenarbeit von sechs spezialisierten Partnern hat das Projekt das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende und zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten.