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Metropolregion NürnbergStories Innovationskunst

The Art of Hydrogen

Lerne Wasserstoffexperten und Innovationskünstler Johannes Geiling vom Fraunhofer IISB kennen.

Das ist genau sein Ding – der weiße „Wasserstoff-Container“ auf der Wiese vor dem Fraunhofer IISB in Erlangen. Mehrmals die Woche überprüft Johannes Geiling, ob alles in Ordnung ist bei dem äußerlich unscheinbaren 20-Fuß-Container mit dem komplexen Innenleben. "Selbst in Homeoffice-Zeiten habe ich regelmäßig von zu Hause aus die Messdatenaufzeichnung gecheckt, ob das System auch ordnungsgemäß funktioniert. Wenn im Betrieb alles reibungslos läuft und wir viele Versuchsdaten generieren, die man anschließend mit den Kolleginnen und Kollegen auswerten kann, ist das großartig“, erklärt der studierte Energietechniker.

Zukunftsfähige Energiesysteme haben es dem 31-jährigen aus dem Landkreis Bad Kissingen angetan. So folgte dem Maschinenbaustudium mit Schwerpunkt Energie- und Umwelttechnik an der Hochschule Würzburg-Schweinfurt das Masterstudium der Energietechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Danach ging es als wissenschaftlicher Mitarbeiter ans Fraunhofer IISB, wo sich Johannes Geiling in der Gruppe Energietechnik zum Wasserstoffexperten gemausert hat.

Traditionell beschäftigt sich das IISB mit Halbleitertechnik und Leistungselektronik für die Elektromobilität und die Energieversorgung. Mittlerweile hat sich das ganze Institut in ein großes Reallabor für die Energiewende gewandelt, denn an Themen wie Sektorenkopplung, Systemintegration oder mobile und stationäre Energie- und Antriebsysteme führt kein Weg mehr vorbei. So sieht nicht nur Johannes Geiling in der Wasserstofftechnologie einen wichtigen Beitrag zu einer wirklich nachhaltigen Energieversorgung und Energienutzung.

Ein Glücksfall für die Entstehung des Wasserstoff-Containers war sicher die Gründung des Leistungszentrums Elektroniksysteme (LZE) im Jahr 2015. Die FAU, Fraunhofer IIS und IISB wollten ihre Kompetenzen gemeinsam mit der Industrie bündeln und haben mit dem LZE eine einmalige Forschungsplattform ins Leben gerufen. Erklärtes Ziel des Leistungszentrums ist die Stärkung von Forschung und Industrie im Bereich der Elektroniksysteme in der Metropolregion Nürnberg.

In diesem Umfeld entstand auch die Idee einer kompakten technologieübergreifenden Demonstrationsplattform für die Erzeugung, Speicherung und Rückverstromung von Wasserstoff. Die Universität verfügte am Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik bereits über umfassendes Know-how zur Speicherung von Wasserstoff mittels einer organischen Trägerflüssigkeit, dem LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). Am IISB wurde erfolgreich mit Brennstoffzellen zur Verstromung von Wasserstoff aus Industrieabgasen experimentiert. Außerdem entwickelten sich gerade die Aktivitäten am Institut im Bereich der Gleichstromnetze zu einem echten Renner. Damit verfügte man schon über viele der nötigen Ansätze für die komplette Prozesskette, also um elektrische Energie in chemisch gebundenen Wasserstoff zu überführen und daraus wieder Strom zu gewinnen. Die große Herausforderung war es jedoch, die ganze Technik in einem einzigen Gesamtsystem aufzubauen.

Bis es wirklich so weit war, galt es einige Hürden zu überwinden. Von der Planungsphase über die Aufstellung des Containergehäuses, die Auslegung und Konstruktion, den Einbau der Komponenten bis hin zur finalen Inbetriebnahme im Jahr 2018 vergingen mehr als drei Jahre. Die verschiedenen zentralen Bestandteile des Speichersystems – Elektrolyseur, LOHC-Reaktor und -Tank, Brennstoffzelle, Leistungswandler, Steuerungstechnik und die Verbindung zum Gleichstromnetz – mussten perfekt zusammenspielen. Und das bei einer derartigen Kompaktheit des Systems – da mussten sich Johannes Geiling und seine Mitstreiter beim Montieren schon mal gehörig verrenken, um alles in den Container zu packen.

Umso größer war am Ende aber das Erfolgserlebnis für den Ingenieur: „Es war wahnsinnig toll, das System nach der langen Planungs- und Bauphase erfolgreich laufen zu sehen. Wir haben jetzt hier eine einzigartige Testumgebung für den realen Betrieb. Über die Gleichstromkopplung und andere Schnittstellen ist die Anlage dabei direkt an die Reallabor-Infrastruktur des IISB angebunden.“

Die Entwicklung bleibt aber nicht stehen. Der Energietechniker sieht ganz klar einen stetig wachsenden Bedarf für die Elektrifizierung von konventionellen, bislang mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Antriebskonzepten: „Besonders bei hohen Leistungen und Reichweiten beziehungsweise bei langen Betriebsdauern wäre Wasserstoff eine echte Alternative. Denken Sie nur an Züge, Schiffe, Baumaschinen, Minenfahrzeuge oder gar an die Luftfahrt. Unsere Erfahrungen aus dem Containerformat haben uns einen enormen Wissenszuwachs hinsichtlich Schnittstellendefinition, Kompaktheit und Betrieb von Wasserstoffsystemen gebracht. Wir möchten nun gerne die Industrie und den Mittelstand mit ins Boot holen, um hybride Energie- und Antriebssysteme mit Wasserstoff und elektrischen Batterien zu entwickeln und zu testen.“

Mittlerweile nutzen schon weitere regionale Partner die Forschungsplattform am IISB für Experimente mit Wasserstoff, wie das Erlanger Helmholtz-Institut für Erneuerbare Energien. So wurden in den letzten zwei Jahren mehrere Umbauten vorgenommen und Versuchsreihen für ein Nachfolgeprojekt durchgeführt, in dem es um Wasserstoffantriebe für Eisenbahnzüge geht.

Die Einzigartigkeit des Systems und die große wissenschaftliche Bandbreite von der Elektronik über die Chemie und Verfahrenstechnik bis hin zur Regelungstechnik faszinierten Johannes Geiling von Anfang an. Es mussten unterschiedlichste Schnittstellen zwischen den Komponenten und Technologien definiert werden. Und nicht nur die Verbindung vieler fachlicher Aspekte machte die Arbeit abwechslungsreich, auch das vielschichtige Partnernetzwerk im Projekt.

Ans Fraunhofer IISB kam Johannes Geiling wie so oft durch den Gehilfen Zufall. „Ein paar Kommilitonen von der FAU haben als Werkstudenten in der Gruppe Energietechnik am IISB gearbeitet. Über sie habe ich erfahren, dass hier auch Abschlussarbeiten in Kooperation mit der Uni angeboten werden. Nach der Masterarbeit bot mir dann mein Betreuer die Stelle im Projekt am IISB an, was ich extrem spannend fand.“

In seiner neuen Heimat fühlt sich der gebürtige Unterfranke richtig wohl. „Die Region bietet ein hervorragendes kulturelles Angebot und von Erlangen aus ist man mit dem Fahrrad schnell draußen in der Natur.“ Zudem passt die Metropolregion Nürnberg perfekt zu seiner beruflichen Passion – es gibt hier eine ausgeprägte Industrie- und Forschungslandschaft zur Energietechnik. Erste Anknüpfungspunkte ergaben sich schon während des Studiums in Schweinfurt, als er in Nürnberg seine Diplomarbeit bei der Firma N-ERGIE im Kraftwerk Sandreuth durchführte.

Beim Blick in die Zukunft will Johannes Geiling dem Thema Wasserstoff treu bleiben. Hier möchte er Forschung, Entwicklung und vor allem die praktischen Anwendungen weiter vorantreiben. „Die reale Entwicklung ist natürlich schwer zu prognostizieren, aber grundsätzlich bietet grüner Wasserstoff die große Möglichkeit, Strom aus erneuerbaren Energien für die Sektoren Energie, Verkehr und Industrie nutzbar zu machen und ernsthaft zu einer nachhaltigen Dekarbonisierung beizutragen. Ich hoffe, dass die Umsetzung in Gang kommt, bevor die letzten fossilen Ressourcen mit zerstörerischem Aufwand ausgebeutet worden sind.“ Ein Wunsch, den wohl viele mit ihm teilen.

Text: Fraunhofer IISB

 


 

Bild: Thomas Richter / Fraunhofer IISB

Bild: Thomas Richter / Fraunhofer IISB

Bild: Thomas Richter / Fraunhofer IISB

Bild: Thomas Richter / Fraunhofer IISB