Ein Windrad samt Wasserstoff-Elektrolyseur im heimischen Garten − das ist die Vision von Forschenden aus der Lausitz. Eine zentrale Rolle dabei sollen Leichtbau-Technologien spielen.

 

Privathaushalte benötigen laut Umweltbundesamt für die Erzeugung von Strom und Wärme rund ein Viertel der gesamten Energie, die in Deutschland verbraucht wird. Gut die Hälfte davon wird aus Erdgas und Erdöl gewonnen. „Hier ist aus erneuerbaren Energien gewonnener Wasserstoff als Energieträger zukünftig vielfach besser geeignet“, konstatiert Prof. Holger Seidlitz.

Seidlitz ist Leichtbau-Spezialist an der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg und Leiter des Forschungsbereichs „Polymermaterialien und Composite PYCO“ des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP am Standort Wildau. Zusammen mit seinem Team und einem mittelständischen Unternehmen geht er die Wasserstoff-Zukunft aktuell von zwei Seiten an: Zum einen entwickeln die Kooperationspartner derzeit eine kleine und effiziente Windanlage für die Wasserstoff-Produktion aus Grünstrom. Zum zweiten beschäftigt sich das Team mit der Speicherung des wertvollen Gases. Dafür stellt es neuartige Wasserstofftanks aus Faserbundwerkstoffen her.

„Das Windrad wird so klein ausgelegt sein, dass sich auch Privatleute eine solche Anlage in den Garten stellen können“, erklärt Holger Seidlitz. Der Wasserstoff werde dann vor Ort in einem kleinen Elektrolyseur erzeugt und im Tank gespeichert. Er soll dann bei Bedarf eine Brennstoffzelle im Haus antreiben, die zugleich Wärme und Strom produziert.
 
Die Stärke des Konzepts bestehe vor allem darin, dass das ganze System klein und trotzdem sehr effizient ausgelegt ist, betont Seidlitz. Die Leichtbau-Experten haben einen neuen Propeller konzipiert, der sich schon bei einer schwachen Brise in Bewegung setzt. „Wir haben das Design der Rotorblätter daran angepasst und ihre Masse im Vergleich zu herkömmlichen Kleinwindanlagen um rund 30 Prozent verringert“, sagt der Maschinenbauingenieur Marcello Ambrosio, der das Projekt am Fraunhofer IAP betreut. 

Einzigartig ist dabei, dass der Rotor zugleich Starkwinden standhält. Die Rotorblätter sind so beschaffen, dass sie sich bei Sturm elastisch verbiegen und aus dem Wind drehen. „Damit drosselt die Anlage von allein die Rotationsgeschwindigkeit und nimmt keinen Schaden“, sagt Holger Seidlitz. Auf komplizierte Steuertechnik und aufwändige Mechanik kann damit verzichtet werden.

Um Leichtbautechnik geht es auch in dem zweiten Projekt, der Fertigung der Wasserstofftanks. Klassische Wasserstofftanks für die Industrie bestehen aus großen druckfesten Stahlbehältern. Für den Einsatz in Tausenden von Privathaushalten aber wären leichte Tanks aus Carbonfaser-Verbunden wesentlich materialsparender und handlicher und würden besondere Vorteile vor allem für mobile Anwendungen bieten. Allerdings müssen diese sehr sicher sein. Wasserstoff darf nicht entweichen, weil er mit Luftsauerstoff ein explosives Gemisch bilden kann.

Auch hier bietet das Team aus der Lausitz eine interessante Lösung. Die Tanks werden aus Carbonfaserstreifen hergestellt, die auf einen zylindrischen Körper aufgewickelt werden. Mit Kunstharz getränkt, härten diese dann zu einem Tank aus, der viele hundert Bar Druck aushält. Um Leckagen zu detektieren, bauen die Experten in den Behälter zugleich Sensoren ein. „Aktuell arbeiten wir mit 3D-Druckern, die elektrisch leitfähige Tinten verarbeiten können“, erläutert Marcello Ambrosio. Diese arbeite man direkt in den Faserverbundwerkstoff ein. Selbst kleine elektronische Bauteile können die Forscher so in die Tankwand integrieren. Dieses Frühwarnsystem sei eine wichtige Voraussetzung für einen künftigen sicheren Einsatz beim Endkunden.