In der fränkischen Stadt Haßfurt sind als Elemente der Sektorkopplung eine Stromerzeugung aus Windenergie, ein Elektrolyseur mit 1,25 MW zur Umwandlung von Stromüberschüssen in Wasserstoff sowie Drucktanks zur Speicherung des Gases installiert. Seit Juni 2019 ist die Power-to-Gas-Anlage durch ein Blockheizkraftwerk ergänzt, mit dem der regenerativ gewonnene Wasserstoff rückverstromt werden kann.

Partner in dem kommunalen Projekt zur Sektorkopplung sind die Stadtwerke Haßfurt GmbH, die 2G Energy AG aus Heek und das Institut für Energietechnik (IfE) an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden (OTH). Das Bayerische Wirtschaftsministerium fördert das Projekt.

Das BHKW-Modul vom Typ Agenitor 406 SG, dessen Leistung vom eingesetzten Brennstoff abhängt, hat 2G installiert. Maximal sind bis zu 200 kW_el möglich, der Brennstoff ist dann Erdgas. Wird reiner Wasserstoff eingesetzt, erreicht das Aggregat noch 140 kW. Eine Leistung bis 200 kW ist auch für den Wasserstoffbetrieb angestrebt und wurde in Tests erreicht, allerdings will man den Betrieb weiterhin testen, bevor man den Wirkungsgrad des Motors steigert.
 
Zwei Gasanschlüsse sorgen dafür, dass das Aggregat mit Wasserstoff und fossilem Gas versorgt werden kann. Aktuell ist nur „entweder-oder“ möglich, also 100 % Wasserstoff oder alternativ 100 % Erdgas. Eine stufenlose Mischung soll im Rahmen des geförderten Projekts regelungstechnisch ermöglicht werden.

Ein zusätzliches Gaseinblasventil an jedem Zylinder leitet den Wasserstoff vor das Einblasventil. Dort werden kurz vor dem Brennraum, also mit einer äußeren Gemischbildung, Treibstoff und Luft vermischt.
 
Mit Wasserstoff laufen umfangreiche Tests
 
Mit dem Blockheizkraftwerk will man laut Frank Grewe, Geschäftsführer der 2G Drives GmbH, das Betriebsverhalten mit Wasserstoff, die Materialverträglichkeit, die Standzeit des Motoröls und die Emissionen testen. Es ist deswegen auch mit speziellen Messtechnikzugängen ausgestattet. Das Projekt wird dazu wissenschaftlich-technisch von der OTH begleitet.
 
Erste Betriebsergebnisse zeigen gute Wirkungsgrade und dank der Verbrennung von Wasserstoff eine sehr hohe Dynamik. Generell verbrennt Wasserstoff heißer und schneller als Erdgas. Er bildet außerdem mit Luft in sehr unterschiedlichen Konzentrationen ein zündfähiges Gemisch. Damit lässt sich der Motor laut Grewe in einem großen Lambda-Bereich von 0,5 (fettes Gemisch) bis 5,5 (Magergrenze) betreiben.

Das hat auch Auswirkungen auf den Ausstoß von Schadstoffen. Der Stickoxidausstoß sinkt beispielsweise ab einem Lambda-Wert von 2,5 und höher bis auf die Nachweisgrenze ab. Ab einer Wasserstoffzumischung zum Erdgas von etwa 30 % beobachtete man in anderen Projekten sinkende Emissionen. Hier in Haßfurt wurde noch kein Gasgemisch eingesetzt.
 
Heute schon wirtschaftlich einsetzbar
 
Insgesamt entstehen im reinen Wasserstoffbetrieb keine Emissionen von CO₂ oder anderen Treibhausgasen. Der Ausstoß von Stickoxid (NO_x) ist deutlich verringert. Der Motor ist außerdem laut Grewe unempfindlich gegenüber Schadstoffen wie Schwefel. Damit kann man auch Wasserstoff einsetzen, der als Nebenprodukt bei Industrieprozessen anfällt oder als Synthesegas gewonnen wird.

Den Wirkungsgradverlust über die gesamte Lebensdauer gibt 2G mit weniger als zwei Prozentpunkten an. Ein schnelles An- und Abfahren sei mit Wasserstoff möglich. Damit kann der Motor zur Spitzenlastabdeckung in Stromnetzen eingesetzt werden.

Einem Einsatz im täglichen Betrieb stehen nach den Berechnungen des Herstellers auch die Kosten nicht im Weg. Die Investitionen für das Wasserstoff-BHKW liegen mit knapp unter 1 000 Euro/kW_el etwa bei denen für Erdgasblockheizkraftwerke. Die Kosten sind bezogen auf das Entwicklungsziel von 200 kW_el mit 14 bar Mitteldruck im Motor. Eine Brennstoffzelle liegt im Vergleich dazu bei etwa 4 000 Euro/kW_el.

Bezüglich der Vollwartung kalkuliert 2G beim Wasserstoff-BHKW mit geringfügig höheren Kosten. Sie liegen hier knapp unter 1 Ct/kWh, beim Erdgasmotor sind es 0,8 Ct/kWh. Die Kosten beziehen sich wieder auf das Entwicklungsziel von 200 kW_el.
Das BHKW ist damit eine Technik, die nach Einschätzung der Entwickler heute schon reinen Wasserstoff zu wirtschaftlichen Preisen verstromen kann.