• Change to fuel cell vehicles. Hand flips a dice and changes the expression CO2 to H2.

Wissenschaft & Forschung

Führungswechsel und viel Klimaforschung im HZG

Professor Matthias Rehahn (57) hat am 1. September 2019 das Amt des Wissenschaftlichen Geschäftsführers des Helmholtz-Zentrums Geesthacht von Prof. Dr. Wolfgang Kaysser übernommen. Kaysser (68) stand dem HZG 16 Jahre lang vor.


Klimaneutrale Wasserstoffproduktion in der Abteilung Nachhaltige Energietechnik

Wenn es um erneuerbare Energien geht, spielt Wasserstoff als Energieträger eine wichtige Rolle. HZG-Wissenschaftler arbeiten an einer Methode, für die klimaneutrale Erzeugung des Wasserstoffs, bei der Sonnenlicht direkt zur Spaltung von Wasser verwendet wird - die sogenannte photoelektrochemische Wasserspaltung. Dabei wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Ähnlich wie bei der Photosynthese wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Doch statt zum Beispiel eines Pflanzenblattes nutzen die Wissenschaftler photoaktive Materialschichten.

Die Doktoranden Herman Kriegel, Ragle Raudsepp und Jiri Kollmann aus der Abteilung „Nachhaltige Energietechnik". [Foto: HZG/Christian Schmid]

Noch sind die besten Materialien sehr teuer und kompliziert in der Herstellung. Deshalb beschäftigen sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Abteilung „Nachhaltige Energietechnik“ aus dem Institut für Werkstoffforschung mit der Entwicklung kostengünstig herzustellender Oberflächen.

Mehr erfahren… Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Das künstliche Blatt - Klimaneutrale Wasserstoffproduktion

Wasserstoff als Energieträger - Neue Labore am Institut für Werkstoffforschung

Mit Wasserstoff als Energieträger beschäftigen sich auch andere Wissenschaftler und Abteilungen des HZG. Seit zwei Jahrzehnten experimentiert das Helmholtz-Zentrum Geesthacht mit „Metallhydriden“: In einer Hochenergiemühle wird mit golfballgroßen Stahlkugeln ein feines, Wasserstoff aufsaugendes Mahlgut erzeugt. Jetzt gehen die Wissenschaftler den nächsten Schritt und wollen größere Mengen des innovativen Wasserstoffspeichers herstellen und testen – ein wichtiger Schritt in Richtung Einsatzreife.

„Wasserstoff ist der ideale Energieträger für erneuerbare Energien“, sagt Thomas Klassen, Leiter des Geschäftsbereichs Werkstofftechnologie. „Mit Wasserstoff lassen sich sowohl Windstrom und Solarenergie speichern als auch klimafreundliche Brennstoffzellen-Autos antreiben.“

Eine Herausforderung dabei ist die Speicherung des Gases. Bislang dienen dazu entweder Drucktanks, die den Wasserstoff bei 700 bar einlagern, oder aber Kältetanks, die ihn bei Temperaturen um minus 250 Grad Celsius als Flüssigkeit speichern. Beide Verfahren sind etabliert, haben aber ihre Nachteile: Das Fassungsvermögen von Drucktanks ist nicht allzu groß, der Umgang mit Flüssigtanks relativ aufwändig und teuer.
Metallhydride versprechen eine interessante Alternative: Es sind Metalle, die Wasserstoff in erstaunlichen Mengen aufnehmen und in sich binden können. „Ein Metallhydrid kann ungefähr doppelt so viel Wasserstoff aufsaugen wie ein gleich großer 700-bar-Drucktank“, sagt Klassen. „Das bedeutet, dass man den Tank eines Brennstoffzellenautos halb so groß bauen könnte.“

Mehr erfahren…. Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Wasserstoff marsch! Neue Labore am Institut für Werkstoffforschung

Forschungsprojekt zur Windenergienutzung in der Deutschen Bucht gestartet

Die Pläne der Bundesregierung für die Energiewende in Deutschland sehen vor, dass die Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 einen Anteil von mindestens 80 Prozent des Bruttostromverbrauchs decken sollen. Eine wesentliche Säule ist hierbei die Offshore-Windenergie.

Stationäre Lidar Messungen liefern kontinuierlich meteorologische Daten. [Foto: Jörge Schneemann, ForWind - Uni Oldenburg]

Am 1. November 2019 ist unter Beteiligung des HZG das Forschungsprojekt X-Wakes zur Untersuchung von Windparks in der Nordsee gestartet. Die Experten untersuchen die „Interaktion der Nachläufe großer Offshore-Windparks und Windparkcluster mit der marinen atmosphärischen Grenzschicht“. Das Projekt geht über einen Zeitraum von drei Jahren und wird mit insgesamt 3,4 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Im Rahmen von X-Wakes wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, wie sich die Windbedingungen in der Deutschen Bucht ändern, wenn Offshore-Windparks großflächig ausgebaut werden. Das Projektteam nutzt dazu die Daten umfangreicher Messkampagnen und hochauflösender Modelle für die Weiterentwicklung von in der Industrie eingesetzten Modellen zur anschließenden Berechnung der Auswirkungen des Offshore-Windenergieausbaus.

Offshore weht der Wind konstanter und kräftiger. Doch die für Windenergie nutzbare Fläche in der Deutschen Bucht ist begrenzt, daher werden die Windparks meist in Gruppen, sogenannten Windparkclustern, gebaut. Solche Cluster können aus mehreren hundert Windturbinen bestehen.

Im Windschatten hinter den Anlagen entstehen sogenannte Nachlaufströmungen mit geringeren Windgeschwindigkeiten und stärkeren Turbulenzen, während stromaufwärts der Wind durch Vorstaueffekte reduziert wird. Das bedeutet, dass die Anlagen, auf die der Nachlauf trifft, weniger Energie konvertieren und stärker belastet werden. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen können sich Nachläufe über Entfernungen von mehr als 50 Kilometern erstrecken.

Mehr erfahren… Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Pressemitteilung vom 11.11.2019 - Wie verändern Windparks auf See den Wind? Forschungsprojekt zur Windenergienutzung in der Deutschen Bucht gestartet