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Wasserstoff aus dem eigenen Garten

Forscher entwickeln kleine Windanlagen mit Wasserstoff-Elektrolyseanlage für Privathaushalte

Rotor
Dieser spezielle Schwachwind-Rotor soll Klein-Windkraftanlagen und die Wasserstoffproduktion für den Privatgebrauch möglich machen.© Fraunhofer IAP

Minikraftwerke für alle: Künftig könnten auch Privathaushalte klimafreundlichen Wasserstoff für den Eigengebrauch produzieren – die Technik dafür entwickeln zurzeit deutsche Forscher. Die Anlage besteht aus speziell angepassten kleinen, effizienten Windrädern, mit deren Strom dann Wasserstoff durch Elektrolyse gewonnen wird. Das so erzeugte Gas kann direkt zum Heizen verwendet oder in speziellen Tanks gespeichert werden.

Wasserstoff gilt als ein klimafreundlicher Energieträger der Zukunft – sofern er mithilfe von erneuerbaren Energien gewonnen wird. Das ist beispielsweise der Fall, wenn Strom aus Sonne oder Wind für die Elektrolyse von Wasser genutzt wird. Bisher zielen Pilotprojekte dafür allerdings primär auf die großtechnische Erzeugung beispielsweise an Offshore-Windanlagen ab. Der große Nachteil: Wenn auch Privathaushalte Heizung und Warmwasser mithilfe von Wasserstoff produzieren sollen, muss das Gas erst aufwändig zu ihnen transportiert werden.

Ein Windrad im Kleinformat

Eine Alternative dazu entwickeln nun Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP und der BTU Cottbus. Sie wollen Anlagen entwickeln, mit denen Privathaushalte künftig ihren Wasserstoff direkt im eigenen Garten gewinnen können. Dafür arbeitet das Team um Holger Seidlitz an besonders kleinen und effizienten Windanlagen, die den Strom für die Wasserstoffgewinnung liefern sollen.

„Das Windrad wird so klein ausgelegt sein, dass sich auch Privatleute eine solche Anlage in den Garten stellen können“, erklärt Seidlitz. Die Leichtbau-Experten haben dafür einen neuen Propeller konzipiert, der sich bereits bei einer schwachen Brise in Bewegung setzt. „Wir haben das Design der Rotorblätter daran angepasst und ihre Masse im Vergleich zu herkömmlichen Kleinwindanlagen um rund 30 Prozent verringert“, erklärt Marcello Ambrosio vom Fraunhofer IAP.

Effizient bei schwachem Wind, stabil bei Sturm

Die Schwachwind-Rotoren für die neuen Mini-Windräder bestehen aus einem speziellen Faserverbundwerkstoff. Dieser besteht aus Faserstreifen, die in eine Form eingelegt und mit einem flüssigen Harz oder anderem Kunststoff getränkt werden. Wenn das Ganze aushärtet, entsteht ein leichter und trotzdem stabiler Baustoff. Am Fraunhofer IAP sorgt eine automatisierte Anlage dafür, dass die Fasern für die Rotoren besonders präzise in der Form platziert werden. Das verhindert Überlappungen und verringert Masse und Größe der Bauteile.

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Die neuen Mini-Rotoren sind zudem so konzipiert, dass sie auch Starkwinden standhalten. Bei Sturm verbiegen sich die Rotorblätter elastisch und drehen sich so aus dem Wind. „Damit drosselt die Anlage von allein die Rotationsgeschwindigkeit und nimmt keinen Schaden“, erklärt Seidlitz. Auf komplizierte Steuertechnik und aufwändige Mechanik kann damit verzichtet werden. Erste Freilandtests der neuen Rotoren sollen schon in den nächsten Monaten erfolgen. Sie müssen dann im direkten Vergleich mit herkömmlichen Kleinwindanlagen zeigen, was in ihnen steckt.

Elektrolyse-Anlage mit Wasserstofftank

Der Strom, der mit diesen auch für Privathaushalte geeigneten Windanlagen erzeugt wird, liefert dann die Energie, um Wasserstoff aus Wasser zu gewinnen. „Der Wasserstoff wird vor Ort in einem kleinen Elektrolyseur erzeugt und im Tank gespeichert“, sagt Seidlitz. Das Gas könnte dann beispielsweise eine Brennstoffzelle im Haus antreiben, die zugleich Wärme und Strom produziert. Besitzer von Wasserstoffautos wiederum könnten ihr Auto künftig direkt zu Hause betanken.

An der Entwicklung geeigneter Tanks für solche Kleinanlagen arbeiten die Fraunhofer-Forscher ebenfalls bereits. Klassische Wasserstofftanks für die Industrie bestehen meist aus großen druckfesten Stahlbehältern. Für den Einsatz in tausenden Privathaushalten aber wären leichte Tanks aus Carbonfaser-Verbundstoffen wesentlich materialsparender und handlicher. Voraussetzung ist allerdings, dass sie auch stabil und sicher genug sind.

Sichere Wasserstofftanks aus Carbonfasern

Auch hier hat das Team bereits eine Lösung in petto: Ihre zylindrischen Tanks werden aus mit Kunstharz getränkten Carbonfaser-Streifen hergestellt. Sie härten zu einem Tank aus, der viele hundert Bar Druck aushält. Um Leckagen zu detektieren, sind in den Behälter Sensoren eingebaut. Dieses Frühwarnsystem sei eine wichtige Voraussetzung für einen sicheren Einsatz beim Endkunden. „Aktuell arbeiten wir mit 3D-Druckern, die elektrisch leitfähige Tinten verarbeiten können“, erläutert Marcello Ambrosio. „Diese arbeiten wir direkt in den Faserverbund ein.“

Mit dem Windrad und dem Tank kombinieren die Forscher so zwei Technologien, die künftig die Nutzung von Wasserstoff aus regenerativen Energien vorantreiben könnten.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

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