Das Institut für Raumfahrtantriebe des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) am Standort Lampoldshausen ist einer der größten Wasserstoffnutzer Europas. Vor Ort wird primär kryogener Wasserstoff zum Testen der Haupt- und Oberstufentriebwerke der europäischen Trägerrakete Ariane 5 eingesetzt. Das demzufolge hier angesiedelte große Know-how wird jetzt noch erweitert: Gemeinsam mit der ZEAG Energie AG startete das DLR jetzt mit der Umsetzung einer regenerativen Wasserstoffprozesskette. Hierbei wird der benötigte Wasserstoff in einem 1-MW-PEM-Elektrolyseur mit elektrischer Energie aus dem benachbarten Windpark Harthäuser Wald erzeugt und vor Ort in den Forschungsbereichen Raumfahrt, Energie und Mobilität eingesetzt. Das entsprechende Projekt H₂ORIZON stellt damit eine völlig neue Demonstrations- und Forschungsplattform zur Anwendung eines breiten Spektrums von Wasserstofftechnologien bereit.
Wenn das Hauptstufentriebwerk Vulcain 2 am Prüfstand P5 läuft, werden in zehn Minuten etwa 28 t Wasserstoff umgesetzt. Hierbei wird eine Höchstleistung von drei Gigawatt erreicht. Darüber hinaus betreibt das DLR in Lampoldshausen Prüfstände, an denen innovative Antriebssysteme mit gasförmigem Wasserstoff getestet werden. Um die dafür benötigten Mengen an Wasserstoff bereitzustellen, verfügt der Standort über große Speicherkapazitäten für kryogenen und gasförmigen Wasserstoff sowie ein Verteilnetz, das den Transport vom zentralen Lager zum Ort des Verbrauchs ermöglicht. Der Wasserstoff steht dabei sowohl kryogen als auch gasförmig (bei 320 oder 800 bar) zur Verfügung.
Das Projekt H₂ORIZON wurde gestartet, um …

Parallel zu den Überlegungen des DLR plante der lokale Energieversorger in Heilbronn, die ZEAG Energie, in unmittelbarer Nähe den Windpark Harthäuser Wald mit einer Nennleistung von 42 MW und nahm im Oktober 2015 die insgesamt 14 Windenergieanlagen in Betrieb.
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Kopplung der Sektoren
Das Projekt H₂ORIZON hat drei Schwerpunkte:
1) Aufbau und Betrieb einer regenerativen Wasserstoffprozesskette im industriellen Maßstab mit der Erzeugung und Bereitstellung des Wasserstoffs für Anwendungen in unterschiedlichen Sektoren
2) Eine nachhaltige Sicherstellung der Energieversorgung des DLR-Standortes mit Wärme und Strom auf Erdgas- und Wasserstoffbasis
3) Die Bereitstellung einer Demonstrations- und Forschungsplattform für die Anwendung und Untersuchung eines breiten Spektrums von Wasserstofftechnologien über die bereits geplante Wasserstoffprozesskette hinaus
Um Wasserstoff in großen Mengen regenerativ erzeugen zu können, wird der DLR-Standort über eine dedizierte Leitung an den Windpark angeschlossen. Die Übertragungsleistung beträgt bis zu …
Geliefert wird der Elektrolyseur vom Hersteller ITM Power mit Sitz in Sheffield, England.
Der Wasserstoff wird aufgrund der hohen Reinheitsanforderungen in der Raumfahrt sowie der Brennstoffzellen-Elektromobilität auf eine Reinheit von 5.0 aufbereitet. Da die kryogenen LH₂-Speicher mit gasförmigem Wasserstoff bedrückt werden, ist es besonders wichtig, dass sich im Gas keine Rückstände anderer Gase befinden, die bei den niedrigen Temperaturen von 20 K zur Eisbildung führen würden (trifft auf alle Stoffe außer Helium zu), wodurch es beispielsweise zu Verstopfungen in Rohrleitungen kommen könnte.
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Darüber hinaus umfasst HORIZON den Ausbau der bisherigen Heizungsanlage, die den zukünftigen Wärmebedarf am Standort nicht mehr decken kann. Zwei wärmegeführte gasmotorische Blockheizkraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) werden in Zukunft die Bereitstellung der Grundlast des Standortes sicherstellen. Die damit zusätzlich installierte thermische Leistung beträgt 1,5 MW. Der Betrieb der Anlagen erfolgt primär mit Erdgas. Eines der beiden BHKW wird jedoch so ausgelegt, dass Wasserstoff beigemischt werden kann. Der Anteil an Wasserstoff kann dabei bis zu 100 % betragen.
Demonstrations- und Forschungsplattform
Das Projekt H₂ORIZON wird als technologieoffene Demonstrations- und Forschungsplattform umgesetzt und soll auch für die Nutzung durch Dritte zur Verfügung gestellt werden.
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Regionale und überregionale Bedeutung
Das DLR erschließt in Lampoldshausen 2,5 Hektar neues Gelände, um für die Umsetzung von H₂ORIZON Platz zu bieten und potentielle Erweiterungen der Demonstrations- und Forschungsplattform zuzulassen. Das Gelände steht darüber hinaus für neue Betriebsgebäude des DLR und der ansässigen Institutionen sowie für zukünftige Kooperationen zur Verfügung. Somit bekennt sich das Forschungszentrum eindeutig zur Entwicklung des Standortes. Darüber hinaus verkürzt die Erzeugung von regenerativem Wasserstoff in Lampoldshausen die Belieferungswege in Süddeutschland signifikant und ermöglicht es, vielseitige wasserstoffbasierte Anwendungen in den Sektoren Industrie, Energie und Mobilität auf eine regenerative Basis umzustellen.
Autor: Thorben Andersen, M.Sc., Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Raumfahrtantriebe