In der Einheit liegt Stärke, insbesondere wenn es um erneuerbare Energiequellen geht. Dies zeigt ein innovatives Projekt „Made in Italy“, bei dem die Kombination von Photovoltaik und Wasserstoff getestet wurde, um ein Haus energieautark zu machen.
Das Herzstück des Systems ist eine Festoxid-Brennstoffzelle, die mit „hausgemachtem“ Wasserstoff und Solarenergie betrieben wird. Die Ergebnisse sind hinsichtlich der Effizienz überraschend und eröffnen neue Szenarien für die Integration vongrüner Wasserstoff im Wohnsektor. Eine rein italienische Fallgeschichte, die den Weg in eine sauberere und stärker verteilte Energiezukunft zeigt.
Photovoltaik und Wasserstoff: eine erfolgreiche Kombination
Das Forschungsteam1 bestehend aus Universitätsforschern und Startup-Experten SolydEra, spezialisiert auf Festoxid-Brennstoffzellen, des Konsortiums Stress und Universität Sannio und Molise, installierte ein 1-kW-Kraft-Wärme-Kopplungssystem in einem kleinen 80 m2 großen Niedrigstenergiehaus (NZEB) auf dem Campus vonUniversität Sannio in Benevent.
Das Haus ist zusätzlich zur Brennstoffzellenanlage mit einer 5,3-kW-Photovoltaikanlage auf dem Dach in Kombination mit einer 11,6-kWh-Lithiumbatterie, einer Luft-Luft-Wärmepumpe zum Heizen, Kühlen und Warmwasserbereiten sowie einer 2,2-kWh-Lithiumbatterie ausgestattet m2 Solarthermiekollektor und horizontale Erdwärmesonden.
Grüner Wasserstoff vor Ort produziert und gespeichert
La Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) Verwendet wird es mit Abmessungen von 1,2 m × 0,5 m x 0,8 m, es wird rein mit Wasserstoff betrieben, mit einem Durchfluss von ca. 12 L/min bei 15-25 Millibar.
Der Wasserstoff wird in 8 externen Hochdruckflaschen (200 bar) für insgesamt 64 Sm3 gespeichert, was ausreicht, um eine Autonomie von mehreren Tagen zu gewährleisten. Ein Hybrid-Wechselrichter verwaltet die Energieflüsse zwischen Photovoltaik, Batterie, Brennstoffzelle, Stromnetz und privaten Verbrauchern.
Bild: University of Sannio, International Journal of Hydrogen Energy, CC BY 4.0
Photovoltaik und Wasserstoff, Rekordwirkungsgrade und Energieüberschuss
Aus den durchgeführten Tests geht hervor, dass das System hat die Fähigkeit bewiesen, einen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 48 % und einen Gesamtwirkungsgrad von 93 % zu erreichen, auch dank der Rückgewinnung der durch die elektrochemische Reaktion in der Zelle erzeugten Wärme. Unter bestimmten Photovoltaik-Produktionsbedingungen ist das System in der Lage, nicht nur den häuslichen Strombedarf zu decken, sondern auch den Überschuss in das Netz einzuspeisen.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Leistung der Brennstoffzelle zu modulieren, um Schwankungen in der Solarproduktion auszugleichen und so eine stabile und programmierbare Stromversorgung zu gewährleisten. Zu den von den Forschern hervorgehobenen Einschränkungen zählen die langen Anlaufzeiten (ca. 24 Stunden) und der Bedarf an hochspezialisiertem Personal für das Management.
Brennstoffzellen: eine Zukunft im Wohnbereich?
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Internationale Zeitschrift für Wasserstoffenergie (Ich verlinke es hier) demonstriert die technische Machbarkeit der Integration wasserstoffbetriebener Festoxid-Brennstoffzellen in Wohnumgebungen. Ein bedeutender Schritt vorwärts zur Dekarbonisierung des Bausektors, der für rund 40 % der CO2-Emissionen verantwortlich ist.
Damit sich diese Technologie jedoch in großem Maßstab verbreiten kann, müssen einige Hürden überwunden werden: Zu den Sicherheitsbarrieren kommen noch die noch hohen Kosten und die fehlende Infrastruktur für die Produktion und Verteilung von grünem Wasserstoff. Doch die Vorteile hinsichtlich Effizienz, Flexibilität und Emissionsreduzierung sind ein Anreiz, die Forschung und Entwicklung in dieser Richtung fortzusetzen.
Die Kombination aus Photovoltaik und Wasserstoff könnte sich als Trumpf erweisen, um die ehrgeizigen Dekarbonisierungsziele der EU für 2050 zu erreichen. Und Italien wird mit Pionierprojekten wie diesem eine führende Rolle bei der Energiewende der Alten spielen Kontinent. Die Herausforderung wurde gestartet, das Spiel hat gerade erst begonnen.
Die Zukunft der Energie geht jedenfalls auch durch das Dach unseres Hauses.
- Rosa Francesca De Masi, Valentino Festa, Daniele Penchini, Silvia Ruggiero, Giuseppe Peter Vanoli, Alberto Zinno ↩︎