氢能技术在很大程度上有助于能源转型的成功。为了推动绿色氢经济，联邦教育和研究部 (BMBF) 为三个牵头项目提供了高达 7.4 亿欧元的资金。卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的研究人员参与了所有三个项目。它们涵盖了绿色氢及其衍生物的海上直接生产，氢运输的新技术和解决方案，以及利用可再生电能生产绿色氢的电解装置的系列制造。
绿色氢可以帮助减少温室气体排放。它是德国到 2045 年实现气候中和的关键。例如，氢气可用作工业的燃料、辅助材料和基础材料，借助燃料电池可将其转化为电能和热能，为德国提供电力和热能。房屋。卡车、火车、轮船和飞机可以使用氢气作为燃料，而氢气可以用作生产合成燃料的原材料。与来自德国各地的工业、科学和协会的合作伙伴一起，KIT 的科学家们致力于进一步开发三个主要项目所需的技术：H₂Mare 研究在风力的帮助下在海上直接生产氢气及其衍生物的可能性能源工厂。在 TransHyDE 中，合作伙伴开发、评估、并展示氢运输的基于氢的技术和解决方案。H₂Giga 研究水电解槽的系列生产，即利用电力生产氢气的工厂。
“氢对于大量减少二氧化碳排放和能源转型的成功是必不可少的。KIT 可以根据其数十年的氢相关经验做出决定性的贡献，从基础研究到具体应用，“KIT 总裁 Holger Hanselka 教授说。“我们将这些专业知识贡献给联合会的主要项目，并与来自研究、政治和社会的合作伙伴一起创造新的协同效应，以快速得出解决方案。”
H₂Mare：海上制氢
海上风力发电场，即海上风力涡轮机，是对陆地风力发电场的补充。目前正在大力推进他们的建设。由于海上持续的良好风况和大量满载小时数，海上发电量远高于陆地。例如，H₂Mare 主导项目的目标是直接利用海上风能而无需连接到电网，以通过水电解生产绿色氢气。目标是降低绿色氢的成本并提高经济效率。“KIT 的研究重点是我们如何将海上平台上生产的绿色氢气直接用于生产易于运输的产品，例如液化甲烷、液态碳氢化合物、甲醇和氨，用于化学工业或燃料，”来自 KIT 微加工工程研究所 (IMVT) 的 Roland Dittmeyer 教授说。“为了测试与海上风电场直接耦合的 power-to-X 设施的动态运行，我们在 KIT 的 Energy Lab 2.0 中使用了我们的 power-to-X 综合设施。“由 KIT 和德国航空航天中心 (DLR) 开发的可移动、基于容器的研究平台 e XPlore 将用于在海上条件下对完整的 power-to-X 过程链进行首次接近现实的操作。
参与 H₂Mare 的 KIT 机构是 IMVT，它还协调 PtX-Wind(四个联合项目之一)和 Engler-Bunter 研究所 (EBI)。
TransHyDE：绿色氢的运输解决方案
氢气很少在生产地使用。为了满足德国的需求，它必须从风能和阳光充足的地区运输或进口。因此，主导项目 TransHyDE 研究和开发绿色氢的运输技术和基础设施。“在最高纯度下，液态氢还具有最高的能量密度。在 KIT，我们将液态氢的能量和冷能用于电气工程应用，例如高温超导体中的能量传输或车辆传动系统，”KIT 技术物理研究所 (ITEP) 的 Tabea Arndt 教授说。高温超导体允许电能和化学能的节能运输。“此外，我们还针对工业设施以外的材料和用途制定安全策略，”Arndt 补充道。在 KIT 的设施中，
参与 TransHyDE 的 KIT 研究所是协调“AppLHy!”的技术物理研究所。液态氢运输联合项目、应用材料-材料科学与工程研究所(IAM-WK)、热能技术与安全研究所(ITES)和电气工程研究所(ETI)。
H₂Giga：用于制氢的电解系列生产
绿色氢可以通过可再生能源电解生产，并以多种方式用作燃料。然而，电解槽的生产，即使用电力产生氢气的设备，是复杂且昂贵的。H₂Giga 牵头项目涵盖电解槽的系列和低成本生产，以满足德国对绿色氢的需求。在这个主导平台内，KIT 参与了两个联合项目。
在“HTEL-Stacks – Ready for Gigawatt”中，合作伙伴计划开发用于高温电解的电堆以及相应的生产工艺和工厂。“高温下的电解需要的电力成本较低，而对热能的需求增加可能会被电池的热损失所覆盖。来自 KIT 应用材料研究所 - 电化学技术 (IAM-ET) 的 André Weber 博士说：“高温电解可以达到 100% 的效率，当前系统已经达到 80% 以上。”“在 KIT，我们借助电化学和电子显微镜方法分析高温电池和堆组件的容量和使用寿命。”该项目由 Sunfire GmbH 协调。
第二个项目“电堆放大-PEM电解产业化”旨在开发新的电堆技术和低温电解的大批量生产。使用聚合物电解质膜电池(PEM 电池)进行电解的特点是操作温度低和功率密度高。“在 KIT，我们通过电化学和流体技术对它们进行表征和建模。使用基于模型的优化，我们希望开发新的、更强大的堆栈设计，”Weber 说。该项目由舍弗勒股份公司协调。
参与这些项目的 KIT 研究所是 IAM-ET、电子显微镜实验室 (LEM) 和流体力学研究所 (ISTM)。
背景：“德意志氢共和国”理念的竞争
通过发起“德意志氢能共和国”创意竞赛，BMBF 去年推动了德国在绿色氢经济方面的起步。根据提交的想法和建议，建立了三个关于绿色氢经济核心挑战的牵头项目。
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