Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

Jülich / Hannover, (PresseBox) - Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle im Energiesystem der Zukunft. Durch ihn lassen sich große, regenerativ gewonnene Energiemengen auch über längere Zeiträume zuverlässig speichern. Unter dem Motto "Sector coupling: Forschung für ein integriertes Energiesystem" stellen Jülicher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Hannover Messe (24. - 28. April 2017) grundlegende Komponenten für die Herstellung und Nutzung des vielseitig verwendbaren Energieträgers vor. In Halle 27, Stand D68 informieren sie unter anderem über Fortschritte bei der Entwicklung von Brennstoffzellen und Wasserstoff-Elektrolyseuren. Am Gemeinschaftsstand NRW (Halle 2, Stand B30) präsentiert das Forschungszentrum seine Maschinenbau- und Mechatronik-Expertise – eine Spezialvakuumkammer dient als Beispiel für maßgeschneiderte Anlagen und Geräte für die Spitzenforschung. Auch das Jülich Supercomputing Centre ist auf der Hannover Messe vertreten: Im Ausstellungsfahrzeug „InnoTruck“ sind Filme über komplexe Simulationen der Jülicher Computerexperten zu sehen – sie zeigen die Funktionsweise des menschlichen Gehirns und globale Klimasimulationen.

Die Energiewende erfordert Technologien, mit denen sich die Schwankungen von Wind- und Sonnenstrom abfedern lassen. Für die Überbrückung längerer Zeiträume bietet sich vorrangig Wasserstoff an: der universell einsetzbare Energieträger kann zwischengelagert oder in ein taugliches Gasnetz eingespeist werden. Er lässt sich zu flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeiten oder mithilfe von Brennstoffzellen direkt als Treibstoff nutzen. Gewonnen werden kann Wasserstoff durch die elektrochemische Spaltung von Wasser.

Wasserelektrolyse: Neue Materialien für die Wasserstoffherstellung

Die sogenannte PEM-Elektrolyse soll es künftig ermöglichen, Wasserstoff aus "grünem" Strom in großen Mengen herzustellen. Um Netzstörungen durch die starken Schwankungen von Strom aus Windkraft- und Solaranlagen zu vermeiden, werden zusätzliche Einrichtungen benötigt, die schnell auf sprunghafte Schwankungen reagieren können. "Verglichen mit klassischen alkalischen Verfahren arbeiten PEM-Elektrolyseure in einem größeren Lastbereich, und haben auch eine höhere Leistungsdichte. Deshalb eignen sie sich besonders für den Betrieb mit Stromspitzen regenerativ gewonnener Energie", so Bernd Emonts vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3). "Darüber hinaus kommen sie ohne bedenkliche Chemikalien aus."

Nachteil der PEM-Elektrolyse sind die noch hohen Kosten. Insbesondere die als Katalysatormaterial verwendeten Edelmetalle treiben den Preis in die Höhe. Die Jülicher Wissenschaftler versuchen deshalb nicht nur die Effizienz des Verfahrens zu steigern, sondern entwickeln gleichzeitig kostengünstige, nachhaltige Materialien für die PEM-Elektrolyse. Auf ihrem Messestand in Halle 27 ist ein stark vergrößertes Modell einer Elektrolysezelle zu sehen, an der die Experten des IEK-3 Messebesuchern ihre Forschung erklären.

Brennstoffzellen: Umweltfreundliche und effiziente Stromquellen

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff oder wasserstoffreiche Brennstoffe durch elektrochemische Reaktionen in Elektrizität um – und sind damit umweltfreundliche und effiziente Stromquellen. Sogenannte Hochtemperatur-Brennstoffzellen liefern elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent, wobei sich die entstehende Abwärme noch zusätzlich nutzen lässt. "Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich arbeiten seit mehr als zwanzig Jahren daran, diese Technologie immer weiter zu verbessern", so Bernd Emonts. "Von elektrischer Grundlagenforschung über die Erzeugung von Brenngas bis hin zur Entwicklung von neuen Zellen – die Forschung auf diesem Gebiet ist weitreichend und vielfältig." Auf der Hannover Messe stellen die Jülicher Experten drei ihrer Projekte aus diesem Bereich vor: Reaktoren zur Brenngaserzeugung, Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC) und Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC). Zu sehen sind unter anderem Zell- und Zellstapelkomponenten, auf Bildschirmen werden dazu Simulationen gezeigt.

Energiesysteme der Zukunft

Erneuerbare Energien werden einen großen Anteil im Energieversorgungssystem der Zukunft übernehmen. Doch der dafür notwendige technologische Wandel bedarf sorgfältiger Planung. Deshalb nutzen Jülicher Verfahrens- und Systemanalytiker sowohl Literatur- und Datenrecherchen als auch Modellbildung und Systemsimulationen um etwa Effizienz, Emissionen und Kosten von möglichen Energiesystemen zu bestimmen. Auf der Hannover Messe zeigen sie mehrere Videos über ihre Forschung. Der Fokus liegt dabei auf den Nutzungssektoren "Haushalte", "Industrie" und "Transport".

Maßgeschneiderte Anlagen und Verfahren für Wissenschaft und Praxis

Der Jülicher Institutsbereich Engineering und Technologie (ZEA-1) stellt seit über 40 Jahren erfolgreich hochkomplexe und innovative Instrumente und Anlagen für die Forschung und Industrie bereit. Dafür werden spezielle Technologien und Verfahren in Engineering, Mechatronik und Automation direkt am ZEA-1 entwickelt. Auf dem Gemeinschaftsstand NRW (Halle 2, Stand B30) der Hannover Messe zeigen die Technologie-Experten eine Spezialvakuumkammer, die an dem neuen Beschleunigerkomplex FAIR in Darmstadt verwendet werden soll. "Die Anforderungen an das Vakuum in dem Beschleuniger und den Kammern sind sehr hoch, da Experimente mit Anti-Protonen durchgeführt werden", erklärt Prof. Ghaleb Natour, Direktor des ZEA-1. "Der Druck muss um 14 Größenordnungen kleiner sein als der normale Atmosphärendruck." Die Vakuumkammern sind Teil des HESR, einem Hochenergiespeicherring für Antipronenstrahlen, den das ZEA-1 zusammen mit dem Jülicher Institut für Kernphysik im Auftrag des Forschungszentrums entwickelt – sind jedoch auch für vielfältige andere Anwendungen geeignet.

Supercomputer-Simulationen im "InnoTruck"

Auch das Jülich Supercomputing Centre ist auf der Hannover Messe vertreten: Das Ausstellungsfahrzeug "InnoTruck" ist das zentrale Element einer deutschlandweiten, mobilen Informations- und Dialoginitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Zu dem breit gefächerten Veranstaltungsangebot gehören auch sechs Multimediasäulen im Obergeschoss des InnoTrucks. Dort sind unter anderem Filme über komplexe Simulationen der Jülicher Computerexperten zu sehen – sie zeigen die Funktionsweise des menschlichen Gehirns und globale Klimasimulationen.

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