Reversible Brennstoffzellen können dies Netzwerk wirtschaftlich unterstützen

Eine große Herausforderung für jedes Hersteller von Strom aus Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen ist vergleichbar mit dem Einfangen von Funkeln in einer Flasche. Sowohl Sonne qua nebensächlich Wind erzeugen Strom zunehmend unter weniger bedeutend Nachfrage, wenn die Marktpreise zu tief sind, um die Preis zu decken. So sinken die Stromgroßhandelspreise an sonnenreichen Tagen mittags in Gebieten mit hohem Solar- und Windaufkommen zeitweise unter Null.

Wenige Hersteller erneuerbarer Energien speichern ihren überschüssigen Strom qua grünen Wasserstoff und verwenden den Strom zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser – qua „umweltbewusst“ bezeichnet, weil jener Prozess kein Kohlendioxid emittiert. Jener weltweite Wasserstoffmarkt, jener zur Herstellung von Kraftstoffen, Düngemitteln und anderen Chemikalien verwendet wird, beläuft sich gen etwa 125 Milliarden US-Dollar und wächst teilweise aufgrund des gestiegenen Interesses an Wasserstoff qua Kraftstoff für jedes Busse, Lastwagen und sogar Schiffe. Dies Problem ist, dass die Herstellung von Wasserstoff mit Strom ziemlich teuer bleibt, sodass es nur rentabel ist, zu den höheren Rühmen zu verkaufen, die von Kunden mit geringeren Mengen gezahlt werden.

Jedoch jetzt nach sich ziehen Forscher jener Stanford University und jener Universität Quadratestadt in Deutschland eine mögliche Problemlösung gefunden: integrierte reversible Power-to-Gas-Systeme, die Wasserstoff leichtgewichtig wieder in Strom umwandeln können, wenn die Strompreise steigen.

In einer neuen Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, berichten die Forscher, dass reversible Brennstoffzellen in Zeiten steigender Preise, wie sie Texas im Jahr 2021 erlebte, qua Winterstürme mit Erdgas betriebene Kraftwerke siech setzten, eine wirtschaftlich tragfähige Quelle für jedes Notstrom sein können. Durch die Möglichkeit, die Richtung zu wechseln, kann dies gesamte System näher an jener vollen Kondensator laufen, so die Studie. Dies reduziert die Preis für jedes die Produktion von sowohl kohlenstofffreiem Wasserstoff qua nebensächlich kohlenstofffreiem Strom.

„Die weltweite Regung hin zu erneuerbaren Energiequellen führt dazu, dass die Strommärkte immer volatiler werden“, sagt Stefan Reichelstein, Professor an jener Stanford Graduate School of Business und Senior Fellow am Precourt Institute for Energy. „Unsrige Arbeit zeigt, dass reversible Power-to-Gas-Systeme gen dem besten Weg sind, eine kostengünstige Technologie zur Glättung jener Stromversorgung und zur Verknüpfung von Strom- und Wasserstoffmarkt zu werden.“

Festoxid-Brennstoffzellen
Integrierte reversible Brennstoffzellen sind schon gen dem Markt, werden nichtsdestotrotz selten zur Rückwandlung von Wasserstoff in Strom eingesetzt. Die gängige Meinung war, dass jener Prozess kostenmäßig nicht wettbewerbsfähig ist, da traditionelle Gas-to-Power-Systeme teure Turbinen verwenden, die außer Firma sind, wenn jener Stromverbrauch stark ansteigt.

Die Forscher fanden hervor, dass dies ein viel kleineres Problem für jedes die neueren integrierten Systeme war, die Festoxid-Brennstoffzellen verwenden und leichter die Richtung wechseln können. Sogar wenn die Systeme die meiste Zeit zur Produktion von Wasserstoff betrieben werden, trägt die Fähigkeit, Notstrom nebensächlich in kurzen Spitzenlastzeiten bereitzustellen, zur Gesamtrentabilität unter, so die Berechnungen jener Forscher.

„Basta wirtschaftlicher Sicht ist jener wesentliche Vorteil die vielseitige Verwendbarkeit in jedwederlei Richtungen, welches eine höhere Kapazitätsauslastung ermöglicht“, sagt Gunther Glenk, Privatdozent an jener Universität Quadratestadt, jener sich mit Reichelstein zusammengetan hat.

Die Forscher entwickelten ein analytisches Schema, dies gen tatsächlichen Marktbedingungen in Texas und Deutschland basiert, die jedwederlei seitdem mehreren Jahren Gas-to-Power-Projekte nach sich ziehen. In früheren Funktionieren zeigten Reichelstein und Glenk, dass es möglich ist, Wasserstoff aus Strom für jedes etwa 3 US-Dollar pro Kilogramm herzustellen. Dies entspricht in etwa den Rühmen, die Kleinabnehmer zahlen, ist nichtsdestotrotz für jedes Großabnehmer zu hoch.

Die neue Studie betrachtet die andere Seite des Prozesses und wandelt Wasserstoff wieder in Strom um. Tatsächlich, sagt Reichelstein, können die integrierten reversiblen Systeme in diesem Fall helfen, zwei Probleme taktgesteuert zu losmachen: Wie kann man aus erneuerbarer Strom vereinen wirtschaftlichen Zahl ziehen, wenn sie keinen guten Preis erzielen kann; und wie die Volatilität gen den Strommärkten kühl werden kann. Und jedwederlei Lösungen tragen dazu unter, die Kohlenstoffdioxid-Emissionen zu reduzieren.

„Im Rahmen jener Energiewende nach sich ziehen die Menschen manchmal Fracksausen vor einem höheren Proportion fluktuierender Erneuerbarer“, sagt Glenk. „Dies muss nicht jener Kern sein, wenn welche reversiblen Power-to-Gas-Systeme in großem Skala eingesetzt werden.“

Wenige Unternehmen stellen schon integrierte, reversible Power-to-Gas-Systeme her. Dies ist ein Fortschritt im Gegensatz zu den Systemen in jener früheren Studie, die separate Maschinen für jedes die Erzeugung von Wasserstoff aus Strom und für jedes Strom aus Wasserstoff nach sich ziehen. Ebendiese modularen Systeme produzierten wirtschaftlich Wasserstoff, nichtsdestotrotz die Rückwandlung war wirtschaftlich nicht sinnvoll.

Reichelstein und Glenk vertrauen, dass sich die Wirtschaftlichkeit solcher Systeme verbessern wird, wenn die Technologie fundiert ist, wie dies unter Windkraftanlagen und Solarmodulen jener Kern war. Die reversiblen Systeme können in nahezu jeder Größenordnung gebaut werden, sodass sie sowohl von einzelnen Unternehmen oder kleinen Gemeinden qua nebensächlich von großen städtischen Stromnetzen genutzt werden können.

In den kommenden Jahren, so Glenk, könnten reversible Power-to-Gas-Systeme die Preis für jedes kohlenstofffreien Wasserstoff senken und seine breitere Verwendung qua Kraftstoff vorantreiben. Stahlproduzenten prüfen zum Beispiel engagiert Wasserstoff qua Substitut für jedes Kohle oder Erdgas.

„Synchron zuteil werden lassen niedrigere Preise für jedes Wasserstoff, integrierte, reversible Power-to-Gas-Systeme häufiger gen Stromproduktion umzustellen“, sagt Glenk. „Die inhärente vielseitige Verwendbarkeit solcher Systeme kann ein Spielveränderer sein.“

Forschungsbericht: Reversible Power-to-Gas-Systeme zur Energieumwandlung und -speicherung

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