In Zeiten steigender Energiepreise und zunehmender globaler Erwärmung durch die Nutzung fossiler Energieträger klingt ein Ansatz besonders verheißungsvoll: Speichersysteme, die überschüssigen Solarstrom in Wasserstoff umwandeln, um diesen später wieder mit einer Brennstoffzelle in Strom zurückzuverwandeln.

Der Wermutstropfen bleibt allerdings, dass derartige Systeme bislang normalerweise am Wirkungsgrad kränkeln. Denn vom ursprünglich erzeugten und eingespeisten Solarstrom kommen durch Um- und Rückverwandlungsverluste nur noch 30 bis 40 Prozent zur Steckdose. Der Rest ist Abwärme. Was aber, wenn man nicht nur den Strom, sondern auch die Abwärme sinnvoll nutzen könnte?

In Wasserstoff verwandelt

Im Green Energy Lab, einer Forschungsinitiative österreichischer Energieversorger, hat man dafür mit Projektpartnern von der TU Wien, Joanneum Research, Burgenland Energie, Energie Steiermark, E-Werke Bad Radkersburg und dem Unternehmen EEG Elements Energy einen hybriden Energiespeicher entwickelt und getestet, der genau diese Voraussetzungen erfüllt.

Benannt nach dem steirischen Erzherzog Johann, ist die Anlage als "Plug & Play" gebaut: ein schwarzer Quader von zwei mal ein mal zwei Meter Länge, den gerade einmal ein Notausschalter als Steuerungselement ziert. Im Inneren aber gibt es neben elektronischen Steuereinheiten eine Pufferbatterie, mit der die Tagesproduktion von Photovoltaik-Elementen für den Nachtbetrieb zwischengespeichert werden kann. Zum anderen gibt es aber auch eine Elektrolyse-Einheit, mit der Solarstrom vom eigenen Hausdach in Wasserstoff umgewandelt werden kann.

Johann nutzt Abwärme

Dieser wird dann in Gasflaschen unter Druck gespeichert und kann mittels Brennstoffzelle wieder verstromt werden. Das Besondere an "Johann" ist dabei, dass die Abwärme der Brennstoffzelle nicht in die Umwelt verpufft. Durch Anschluss an einen Wärmetauscher kann er auch für die Warmwasseraufbereitung genutzt werden. Überschüsse aus dem Sommerhalbjahr können so für die kalte Jahreszeit langfristig gespeichert werden – und zwar in einer Größenordnung von 300 bis 1500 Kilowattstunden.

Durch die Kombination von Strom- und Abwärmenutzung kommt die kompakte Anlage auf einen Gesamtwirkungsgrad von 90 Prozent – und das bei C02-neutralem Betrieb. "Rechnet man die Anlage mit Durchschnittsdaten für ein Einfamilienhaus, so könnte dieses mittels "Johann" – fast schon – energieautark gemacht werden", erklärt Philipp Wünscher, Geschäftsführer von EEG Elements Energy, jenem Unternehmen, das "Johann" produziert. Benötigt eine Verbraucherin oder ein Verbraucher größere Mengen an Energie, so sei das ebenfalls lösbar.

"Dann könnte die Energie durch einen Ausbau der Photovoltaikfläche und durch Parallelschaltung von zwei oder mehreren Kompaktgeräten erreicht werden."

Klimafreundlicher Mix

Optimal wäre der hybride Energiespeicher auch in Häusern eingesetzt, die für Heizung und Warmwasser bereits Wärmepumpen verwenden. Damit könnten auch Wärmepumpen über das gesamte Jahr hinweg mit Solarstrom und damit besonders klimafreundlich betrieben werden. Dass der hybride Energiespeicher funktioniert, wurde bereits in Pilotanlagen, etwa bei einem Landwirtschaftsbetrieb in Hartberg, gezeigt. "Jetzt soll im Rahmen des Forschungsprojektes auch die HTL in Bad Radkersburg damit ausgestattet werden", sagt Mathias Schaffer, Obmann des Green Energy Lab.

Bei dem Projekt, das noch bis Februar 2023 läuft, werden die Erkenntnisse nun in eine breit angelegte Technologiebewertungsstudie und eine Lebenszyklusanalyse einfließen. "Daraus wollen wir makroökonomische Auswirkungen ableiten", erklärt Schaffer.

Ungeahnte Hürden

Wünscher arbeitet mit seinem Team indes bereits am Aufbau einer Serienfertigung. Einige Herausforderungen hat man schon gemeistert: So stellte sich heraus, dass zugekaufte Brennstoffzellen unverhältnismäßig teuer waren. "Jetzt produzieren wird diese selbst." Dafür machen Engpässe in den Lieferketten bei anderen Elementen zu schaffen. So seien etwa Lieferzeiten für einfache Lüfter von zwei auf 52 Wochen hinaufgeschnellt, sagt Wünscher.

Auch die Bürokratie zeigt ihre Tücken: "Wasserstoff im Druckspeicher gilt Behörden als neue Technologie. Bewilligungsverfahren dauern daher viel länger als erwartet." Erschwerend kommt hinzu, dass die Sicherheitsauflagen föderal geregelt sind, das heißt, jedes Bundesland hat seine eigenen Vorschriften für Explosionsschutz und Gerätezulassung.

Umdenken in Energiekrise

Rein von der Nachfrage her müsste man sich um den Absatz keine Sorgen machen, sagt Wünscher. "Durch die Energiekrise denken immer mehr Unternehmen und Privathaushalte darüber nach, wie sie Energie günstig produzieren und speichern könnten. Uns erreichen dutzende Anfragen pro Woche." Im Gewerbepark Dobl, einer Gemeinde südwestlich von Graz, hat man bereits eine Halle für die Produktion angemietet. "Wir suchen dringend Personal: Elektriker, Installateure, Planer und Projektmanager." (Norbert Regitnig-Tillian, 7.11.2022)