Mit der Hydrogen Integration Platform (HIP) hat das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auf dem Campus Nord eine Forschungsinfrastruktur in Betrieb genommen, die das Zusammenwirken unterschiedlicher Wasserstofftechnologien abbildet. Über eigene Anlagen und Demonstratoren deckt die Plattform alle Stufen der Wertschöpfungskette ab, von der Erzeugung durch Elektrolyse über Verflüssigung, Speicherung und Transport bis zum Einsatz im Energiesystem.
Unter realitätsnahen Bedingungen wollen die beteiligten Forscher dort erproben, wie sich einzelne Technologien zuverlässig, flexibel und effizient zu einem klimaneutralen Energiesystem verbinden und mit Stromnetzen sowie industriellen Anwendungen koppeln lassen.
Verflüssigungsanlage bildet das Herzstück der HIP
Den Kern der Plattform bildet das größte nicht-kommerzielle Wasserstoffverflüssigungssystem Deutschlands. Täglich verflüssigt die Anlage 50 Kilogramm Wasserstoff, den sie KIT-eigenen Forschungsprojekten ebenso zur Verfügung stellt wie externen Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Damit werden in der HIP Versuche unter realitätsnahen industriellen Betriebsbedingungen möglich, die sich in herkömmlichen Laboren nicht abbilden lassen.
Neben der Verflüssigung stehen Prüfstände für Energiespeicher bereit, dazu Echtzeitsimulationen, die deren Einbindung in künftige Netze nachbilden, sowie Versuchsaufbauten für neue Elektrolyseverfahren. Ebenso nehmen die Forscher Wasserstoffantriebe für den Schienenverkehr unter praxisnahen Bedingungen in den Blick. „Mit der HIP können wir zentrale Komponenten der Wasserstoff-Wertschöpfungskette in einer integrierten Infrastruktur testen“, erklärt Professor Giovanni De Carne vom Institut für Technische Physik (ITEP) des KIT, künftiger Direktor der Anlage. „Das eröffnet neue Möglichkeiten, Technologien gezielt weiterzuentwickeln und für konkrete Anwendungen auszulegen.“
Vier Forschungsaktivitäten treiben die Arbeit an der HIP voran
Die Arbeit an der HIP gliedert sich in vier Forschungsaktivitäten. Die Infrastruktur H2Rail bildet eine wasserstoffbetriebene Lokomotive wirklichkeitsgetreu nach und erlaubt es, neue Energie- und Antriebskonzepte direkt im System zu testen, etwa unter simulierten Klima- oder Steigungsbedingungen. Bei H2-in-the-Loop wird reale, wasserstoffbetriebene Hardware nach dem Prinzip des Power-Hardware-in-the-Loop in einem simulierten Stromnetz validiert, sodass sich mögliche Fehlerquellen früher erkennen lassen als in reinen Modellrechnungen.
Die Aktivität AppLHy untersucht Bereitstellung, Speicherung, Transport und Nutzung von flüssigem Wasserstoff, wobei am ITEP die mögliche Synergie von kryogenem Flüssigwasserstoff mit supraleitenden Bauteilen, Antriebssystemen und beschichteten Leitern im Vordergrund steht. Das Projekt AEMflex erprobt einen modularen AEM-Elektrolyseur mit 200 Kilowatt Leistung zur Erzeugung von grünem Wasserstoff und prüft dabei flexible Regelungsstrategien und eine hohe Effizienz unter realitätsnahen Netzbedingungen.
Hybride Energiepipeline koppelt Wasserstoff und Strom
Auf dem Areal der Plattform wird darüber hinaus eine Versuchsstrecke für eine hybride Energiepipeline aufgebaut, die flüssigen Wasserstoff und elektrische Energie zugleich befördert. In einer solchen Leitung liegt der tiefkalte Wasserstoff neben supraleitenden Stromkabeln, die bei diesen Temperaturen Strom nahezu ohne Verluste leiten. Über größere Distanzen ließen sich auf diese Weise erhebliche Energiemengen bündeln und etwa von Wind- und Solarparks oder Hafenterminals zu Industrieanlagen, Flughäfen oder Logistikzentren führen.
„Hybride Energiepipelines können zu kompakten Energieautobahnen einer zukünftigen Wasserstoffwirtschaft werden“, sagt Professorin Tabea Arndt vom ITEP. „Die Kombination aus Wasserstoffpipeline und supraleitenden Kabeln ermöglicht es, Energieversorgung, Industrie und Mobilität flexibel miteinander zu koppeln.“ Auch supraleitende Motoren für große Fahrzeuge könnten von der Kombination mit Flüssigwasserstoff profitieren, was die beteiligten Forscher ebenfalls experimentell untersuchen wollen.
Plattform soll neue Wasserstofftechnologien schneller in die Anwendung bringen
Über die HIP will das KIT komplexe Wasserstoffsysteme im praktischen Betrieb erschließen und Schritt für Schritt weiterentwickeln. „Mit der Hydrogen Integration Platform haben wir am KIT eine hoch innovative Forschungsumgebung geschaffen, weil verschiedene Wasserstofftechnologien im Zusammenspiel untersucht werden können“, sagt Professor Oliver Kraft, Vizepräsident Forschung, Lehre und Akademische Angelegenheiten des KIT. „Das ermöglicht es, neue Lösungen für ein klimaneutrales Energiesystem nicht nur im Labor zu entwickeln, sondern unter realitätsnahen Bedingungen zu erproben.“
So lassen sich Technologien in einem frühen Stadium prüfen, geeignete Betriebsstrategien ableiten und deren Wechselwirkung mit Stromnetzen und industriellen Abnehmern bewerten. Perspektivisch soll die Infrastruktur die Kooperation mit Industriepartnern ausbauen und den Weg neuer Wasserstofftechnologien in die praktische Anwendung verkürzen.
