Die kalten Wintertage treiben den Stromverbrauch im Gebäudesektor in die Höhe – insbesondere dort, wo mit Wärmepumpen geheizt wird. Das vom Bundesamt für Energie (BFE) unterstützte Projekt «H2 districts» untersucht das Potenzial von Brennstoffzellen in Gebäuden, um das Stromnetz an den kältesten Tagen im Jahr zu entlasten. Eine erste praktische Anwendung des Konzepts an der Empa soll die Datengrundlage dazu liefern.
Gebäudeheizungen verursachen heute rund einen Viertel der Schweizer CO2-Emissionen. Der grossflächige Einsatz von elektrisch betriebenen Wärmepumpen gilt als eine der wesentlichen Massnahmen zur Verminderung dieser Emissionen im Gebäudesektor. Dabei ist jedoch absehbar, dass an den kältesten Tagen im Jahr der Strombedarf zum Betrieb der Wärmepumpen stark ansteigen wird. Dieser Spitzenlastbetrieb wird neben dem Ausbau der Stromproduktionskapazität auch einen massiven Ausbau der Verteilnetze erfordern.
Eine Lösung – oder zumindest eine Entschärfung – für dieses Problem könnte der Einsatz von Wasserstoff und Brennstoffzellen in Gebäuden darstellen: An den kältesten Tagen im Jahr oder bei einer anderweitig angespannten Lage der Stromversorgung wird mit Hilfe einer stationären Brennstoffzelle Strom produziert, mit dem dann die Wärmepumpe betrieben werden kann. Ausserdem kann die Abwärme der Brennstoffzelle zusätzlich zur Heizung der Gebäude genutzt werden.
Reale Anlage an der Empa
Als Teil des SWEET-PATHFNDR-Konsortiums und gemeinsam mit der Hälg Group, der Osterwalder Gruppe und der H2 Energy AG wollen Forschende der Empa das Potenzial dieses Konzepts ergründen. Im Projekt «H2 districts», das vom Bundesamt für Energie (BFE) gefördert wird, werden die betrieblichen Grundlagen sowie ein Simulationsmodell für die Auslegung und den Betrieb einer solchen Spitzenlastversorgung erstellt. «Wir werden dazu auf dem Empa-Campus in Dübendorf im Rahmen der beiden Forschungsplattformen ‹NEST› und ‹move› eine reale Anlage aufbauen und die Parameter für einen netzschonenden Betrieb und das CO2-Einsparpotenzial validieren», erklärt Philipp Heer, Leiter «Energy Hub» und stellvertretender Leiter der Empa-Forschungsabteilung «Urban Energy Systems».
Expertenteam und Ansprechpartner
Neben der Infrastruktur von «NEST» und «move» werden die Empa-Forschenden ihre umfangreiche Expertise im Bereich der Gebäudeautomation und Effizienzoptimierung zur Verfügung stellen. Die Osterwalder Gruppe bringt ihr Know-how für die Logistik und Versorgung mit erneuerbarem Wasserstoff ein. Für die Integration und den Betrieb der Brennstoffzelle kann die H2 Energy AG auf ihre langjährige Applikationsentwicklung und den Betrieb des «kvyreen», einen wasserstoffbetriebenen Schnelllader für Elektrofahrzeuge, zurückgreifen. Die Hälg Group bringt ihr Know-how aus der Gebäudetechnik ein und ist für die Gesamtprojektleitung verantwortlich.
Das Projekt hat im Oktober 2023 begonnen und wird mit einer geplanten Laufzeit von zwei Jahren voraussichtlich im September 2025 abgeschlossen sein.
Empa
Als interdisziplinäres Forschungsinstitut für Materialwissenschaften und Technologie des ETH-Bereichs betreibt die Empa anwendungsorientierte Spitzenforschung zum Nutzen der Industrie und zum Wohle der Gesellschaft. Sie entwickelt national und international vernetzt Lösungen für die drängenden Herausforderungen von Industrie und Gesellschaft in den Bereichen Energie, Mobilität, Bautechnologien, Umwelt und Gesundheit sowie «smarte» Materialien und Oberflächen. Gemeinsam mit Partnern entwickelt die Empa aus ihren Forschungsergebnissen marktfähige Innovationen. Dadurch trägt sie massgeblich dazu bei, die Innovationskraft und internationale Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wirtschaft zu stärken. www.empa.ch
Hälg Group
Seit über 100 Jahren sorgt die Hälg Group dafür, dass sich Menschen in Gebäuden wohlfühlen. Dazu erarbeitet sie für ihre Kunden zukunftsfähige Lösungen im Bereich Gebäudetechnik und Facility Management. Die Hälg Group realisiert Projekte in den Bereichen Heizung, Lüftung, Klima, Kälte, Sanitär und Gebäudeautomation, bietet werterhaltenden Service sowie integrales Facility Management. Im Jahr 1922 als Einzelfirma für die Installation von Heizungsanlagen in St. Gallen gegründet, ist die Hälg Group noch immer ein inhabergeführtes Familienunternehmen. Ihre 1’144 Mitarbeitenden an 24 Standorten in der Schweiz stehen den Kunden zur Seite – mit zeitgemässen Lösungen, die Wohlbefinden und Effizienz in und um Gebäude erhöhen und natürliche Ressourcen schonen. Die Unternehmensgruppe erzielte 2023 einen Umsatz von 360 Millionen Schweizer Franken. Zur Hälg Group gehören: Hälg Holding AG, Hälg & Co. AG, Dober AG, Klima AG, Meneo Energie SA, Zahn + Co. AG, Hälg Facility Management AG und GOAG General Optimizing AG. www.haelg.ch
Osterwalder Gruppe
Die Osterwalder Gruppe mit Sitz in der Ostschweiz ist eine Familienunternehmung, die in sechster Generation geführt wird. Unter dem Dach der Osterwalder Gruppe ist sie in den Bereichen Mineralölhandel, Wasserstoff, Waschstrassen, Schmiermittel, Kanalreinigung, Gebäudetechnik und Immobilien tätig. Die stetige Weiterentwicklung der Firmengruppe steht unter dem Motto: Nachhaltig in die Zukunft. Qualität und eine starke Kundenorientierung sind verantwortlich für den nachhaltigen Erfolg. www.osterwalder.ch
H2 Energy AG
H2E wurde 2014 mit dem Ziel gegründet, einen Beitrag zur Dekarbonisierung unserer Gesellschaft zu leisten. H2E befasst sich nicht nur mit der Produktion und Anwendung von erneuerbarem Wasserstoff, sondern konzentriert sich vor allem auch auf die Schaffung kompletter Wasserstoff-Ökosysteme. Nur wenn alle Elemente dieses Ökosystems, bestehend aus erneuerbarem Strom, Wasserstofferzeugung/-speicherung/-logistik, Tankstellennetz und dem Einsatz von Wasserstoff in Anwendungen wie LKWs, Geräten, Schiffen und Gebäuden, eng aufeinander abgestimmt und gesteuert werden, kann eine technisch zuverlässige und wirtschaftlich tragfähige Lösung mit erneuerbarem Wasserstoff erzielt werden. www.h2energy.ch
