Nachhaltiger Wasserstoff aus Wasserkraft für die Mobilität – ein dezentrales Konzept für eine etappenweise Verbreitung

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/501423

Description succincte (Allemand)

Am Laufwasserkraftwerk Aarau der IBAarau wird ein PEM-Elektrolyseur installiert, um Wasserstoff zu produzieren, der an die Tankstelle von Coop Mineraloel AG in Hunzenschwil geliefert und für den Betrieb von Brennstoffzellen-Fahrzeugen verwendet wird. Der Wasserstoff wird vor Ort auf 200 bar komprimiert und bis zur Auslieferung direkt in einem Tanklastwagen zwischengespeichert. Der Betrieb der Anlage wird durch die Wasserstoff-Nachfrage von Coop Lastwagen und Privaten an den Tankstellen sowie dem Stromhandelspreis optimiert. Das Projekt liefert Erkenntnisse über die Produktion und den Vertrieb von Wasserstoff für den Mobilitätsbereich.

Rapport final (Allemand)

In Aarau errichtete die H2 Energy AG am Laufwasserkraftwerk der Eniwa AG eine Wasserstoff-Produktionsanlage, die mit einem «Proton Exchange Membrane» (PEM)-Elektrolyseur erneuerbaren Wasserstoff für die Mobilität erzeugt und die Wasserstoff-Tankstelle in Hunzenschwil versorgt. Diese Pilot-Anlage wurde errichtet, um im Verbund mit einer Wasserstoff-Tankstelle der Coop Mineraloel AG und einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-LKW der 35 t-Klasse aufzuzeigen, dass Wasserstoff in einem Wasserkreislauf eine Möglichkeit für CO2-freien Güterverkehr darstellen kann.
Die Anlage ermöglicht Erkenntnisse im regulären Betrieb einer Produktionsanlage und Verbesserungspotenzial für grössere Anlagen. Die Anlage konnte den Wasserstoff-Bedarf der Tankstelle in Hunzenschwil jederzeit zeitgerecht abdecken. Eine dynamische Lastanpassung am Elektrolyseur kann innert Sekunden realisiert werden. Dadurch sind die betrieblichen Voraussetzungen der PEM-Elektrolyse für einen Einsatz als sekundäre oder tertiäre Regelleistung prinzipiell gegeben. Eine eigentliche Qualifikation für Systemdienstleistungen wurde nicht durchgeführt, da die Anlage für diese Dienstleistung zu klein ist.
Die Produktion und der Betrieb eines dedizierten Trailers erlauben es, die Qualitätsanforderung gemäss des internationalen Standards ISO-14687-2 für die Tankstellenversorgung einzuhalten. Der Bezug des Stromes aus dem Wasserkraftwerk ermöglicht eine rein erneuerbare Erzeugung des Wasserstoffs. Die Methode des Überströmens des produzierten Wasserstoffs in einen Mitteldrucktank von 50 bar Nenndruck führt zu einer begrenzten Transfermasse pro Entladevorgang. In der Regel können nur 60-70% des Volumens an der Tankstelle abgeladen werden. Die Entladezeit beläuft sich auf 45-60 min. Für einen Scale-up bietet die Verwendung von 350 bar-Drucktanks in einem Container mit dem Austausch an der Tankstelle, vergleichbar wie Wechselcontainer, Kostenvorteile.
Bei der Koppelung der Wasserstoff-Produktionsanlage mit dem Kraftwerk wird der Strom physisch aus der lokalen Produktion bezogen. Dadurch entstehen keine Herkunftsnachweise (HKN)-Zertifikate, da diese erst bei der Einspeisung ins Verteil- oder Übertragungsnetz entstehen. Der Nachweis der nachhaltigen Produktion wird dadurch erbracht, dass der Elektrolyseur nicht betrieben wird, wenn das Kraftwerk Strom aus dem Netz beziehen sollte. Dadurch kann auf einen spezifischen Nachweis der Herkunft verzichtet werden.
Die Wasserstoff-Produktionsanlage hat grosses Interesse ausgelöst und wurde während der Projektlaufzeit von mehr als 1000 Personen besichtigt.

Documents annexés

• Schlussbericht [PDF] 7'074 kB
• Anhang 1: Leitfaden zum Aufbau von Wasserstoff-Produktionsanlagen [PDF] 319 kB
• Anhang 2: Begleitstudie EMPA [PDF] 4'245 kB

Rapport final (Anglais)

H2 Energy AG realized a hydrogen production plant at the run-off-the river power plant from Eniwa Ltd. The PEM-electrolyzer generates hydrogen for mobility applications based on renewable power. The obtained H2 is supplied to the hydrogen refueling station in Hunzenschwil. The pilot-production facility is part of an ecosystem in combination with the H2 refueling station from Coop Mineraloel Ltd and a hydrogen fuel cell truck of the 35 to GCW vehicle class owned by Coop to demonstrate the validity of hydrogen as a fuel in heavy duty transports based on renewable power.
The H2 generation plant enables experience in regular plant operation and generates learnings for improvement to be applied for larger scale plants. Dynamic load changes can be applied within seconds to the electrolyzer. Therefore, the prerequisites are given for delivering grid support services as secondary or tertiary control power. A qualification to deliver such control power has not been performed, given the small nominal power of the H2 production plant.
The production plant has always been able to supply the hydrogen demand from the fueling station in Hunzenschwil. The method of gas-transfer to a lower pressure level in a storage tank is not very efficient. About 1/3 of the capacity must be transported back to the H2 production plant. The transfer process last between 45-60 min. Therefore, the use of containers at 350 bars may be a more productive concept by swapping containers at the HRS.
The quality standard for hydrogen (ISO 14687-2) has been fulfilled over the full project duration by using a dedicated transport trailer in combination with the PEM-electrolyzer.
Cost advantage can be achieved in a scale-up if the logistics will be done by high pressure tanks (350 bar) placed in ship-containers.
For the certification of hydrogen produced based on renewable energy, Guarantees of Origin certificates can’t be used in this project. The certificates are created at the entry point of the power to the grid. In our case the electrolyzer is powered directly from the generators. Therefore, we can proof the origin of the renewable energy on physical evidence, as long as the electrolyzer is only operated in case the power plant is producing electricity and is not consuming power out of the grid.
The pilot plant obtained high visibility and interest in the public. The site has welcomed over 1000 visitors during the duration of the project.

Rapport final (Français)

À Aarau, H2 Energy AG a construit en partenariat avec Eniwa une station de production de l’hydrogène dans la centrale hydroélectrique d’Eniwa AG, qui produit de l’hydrogène renouvelable pour la mobilité avec un électrolyseur PEM et alimente la station-service de l’hydrogène à Hunzenschwil. Cette station pilote a été construite pour démontrer, conjointement avec une station-service H2 de Coop Mineraloel AG et avec un camion à pile à combustible H2 de la classe 35 to, que l’hydrogène peut être une possibilité pour le transport de marchandises sans CO2 dans un cycle de l'eau.
L'usine permet de mieux comprendre le fonctionnement normal d'une station de production et les possibilités d'amélioration pour les grandes usines. L'usine a pu à tout moment répondre aux besoins en l’hydrogène de la station-service de Hunzenschwil. La fonction dynamique de ‘électrolyseur donne la possibilité de délivrer des services pouvoir équilibrant secondaire et tertiaires en principe. Une qualification spécifique pour ce projet n’est pas réalisée.
La production et l'exploitation d'une remorque dédiée permettent de répondre aux exigences de qualité selon la norme ISO 14687-2 pour la fourniture de la station-service. La fourniture d'électricité à partir de la centrale hydroélectrique permet une production du H2 purement renouvelable.
Pour une mise à l'échelle, l'utilisation de réservoirs sous pression de 350 bars dans un conteneur offre des avantages en termes de coût.
Le couplage de la production hydrogène à la station de production d’électricité admise l’utilisation d’électricité physiquement de la génératrice pour produire d’hydrogène. La conséquence est qu’il n’y a pas de garantie de provenance car le courant n’entre pas le réseau. La garantie de l’énergie renouvelable est donnée physiquement.
L’usine de production de l’hydrogène a suscité un grand intérêt et a été visitée au cours du projet par plus de 1000 personnes.