Multifunktionswerkzeug für die Energiewende Interview mit Prof. Dr. Julian Jepsen vom Helmholtz-Zentrum Hereon zur Smart Energy Transformation Box (SET-Box)

Elektronen, Moleküle, thermische Energie – für die Energieversorgung der Zukunft braucht es alle drei Energieformen. Je nach Anwendungsszenario ist der ein oder andere Energieträger gefragt. Genau das ist der USP der Smart Energy Transformation Box (SET-Box). Die Wasserstoffinnovation des Jahres 2025 (German Renewables Award) kann Energien aufnehmen, speichern und umwandeln. Im Interview erklärt Prof. Dr. Julian Jepsen, wie dies technisch gelingt, wo die SET-Box eingesetzt werden kann und wie der Weg zu einer Serienreife aussieht.

EEHH: Mit der Smart Energy Transformation Box (SET-Box) haben Sie im vergangenen Jahr den German Renewables Award in der Kategorie „Wasserstoff-Innovation des Jahres“ gewonnen. Bitte erklären Sie den Aufbau und die Komponenten der Einheit.

Prof. Dr. Julian Jepsen: Die SET-Box ist ein containerbasiertes System, das zwei Hauptaufgaben übernimmt: Sie wandelt und speichert Energie. So kann beispielsweise elektrische Energie (Strom) in chemische Energie (Wasserstoff) umgewandelt werden. Diese kann anschließend entweder gespeichert oder für unterschiedliche Energiesektoren, darunter Mobilität und Wärme, direkt genutzt werden. Für jede Energieform (elektrisch, chemisch, thermisch) sind separate Speicher integriert, die als kurzfristige Puffer zum Ausgleich von Schwankungen dienen. Es handelt sich jedoch nicht um saisonale Langzeitspeicher.

 

EEHH: Woher kam die Idee für das Konzept?

Prof. Dr. Julian Jepsen: Am Helmholtzzentrum Hereon beschäftigen wir uns seit über 30 Jahren intensiv mit der Wasserstoffspeicherung, insbesondere mittels Metallhydriden. Das bedeutet, wir entwickeln Materialien, die in der Lage sind, Wasserstoff wie ein Schwamm aufzusaugen und bei Bedarf wieder abzugeben. Wir entwickeln diese Systeme nicht im luftleeren Raum, sondern immer mit einem starken Bezug zur Anwendung. Daher koppeln wir unsere Systeme mit Elementen der Wasserstofftechnologie, wie Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren, da diese die Entwicklung von Speichern enorm beeinflussen. Der Anwendungsbereich und die Schnittstellen, mit denen der Speicher agieren muss, sind entscheidend. Dadurch rückte der Aspekt der Sektorenkopplung in den Mittelpunkt unserer Überlegungen. Die SET-Box ist für uns eine Plattform bzw. ein Testfeld, in dem wir verschiedene Speichertechnologien und -konfigurationen in einer realen Umgebung testen können.

 

EEHH: Wer war an der Entwicklung beteiligt? Gibt es Industriepartner, und welche waren das?

Prof. Dr. Julian Jepsen: Unser Fokus auf anwendungsorientierte Forschung hat zwei Gründe: Zum einen wollen wir von realen Herausforderungen lernen, genauso wie die Industrie, und zum anderen ist unser Ziel, dass die Forschung auch einen Einfluss hat. Das kann z. B. ein serienreifes Produkt für den Markt sein. Daher haben wir auch bei der Entwicklung der SET-Box einen engen Schulterschluss mit Industriepartnern gesucht. So haben wir gemeinsam mit der Firma Hydac, die aus dem Hydraulikbereich stammt und heute auch im Wasserstoffsektor aktiv ist, das Gesamtsystem geplant und entwickelt.

 

 

EEHH: Wie eingangs erwähnt, wurde die SET-Box beim GRA ausgezeichnet. Welchen Status hat das Produkt jetzt und wie könnte der Weg zur Serienreife aussehen?

Prof. Dr. Julian Jepsen: Seit der Auszeichnung haben wir den Betrieb der SET-Box sukzessive ausgeweitet und dadurch enorm viel gelernt. Aktuell befindet sich das System in einer Lern- und Optimierungsphase, insbesondere bei der Weiterentwicklung von Steuerungs- und Betriebsstrategien, um Robustheit und Resilienz zu erhöhen. Unser Ziel ist es, bis Ende 2026 ein voll funktionsfähiges System mit optimierter Steuerung zu erreichen.

Im Moment ist die SET-Box als klassisches System zur Sektorenkopplung ausgelegt, aber sie kann noch viel, viel mehr. Sie kann z. B. als Insellösung oder als Notstromsystem dienen. Auf diesen und weiteren Anwendungsszenarien wird unser Fokus ab nächstem Jahr liegen – mit weiterführenden Tests unter realen Bedingungen, inklusive mobiler Einsätze der SET-Box an verschiedenen Standorten. Letztendlich entscheidet der Industriepartner, wann das Produkt den Status der Serienreife erreicht hat. Aus unserer Sicht befinden wir uns aber auf einem guten Weg dorthin.

 

EEHH: Was sind mögliche Anwendungsszenarien für dieses Produkt?

Prof. Dr. Julian Jepsen: Die SET-Box entfaltet ihre Stärke an Energieknotenpunkten, beispielsweise als Energieversorgungs-Hub für Quartiere, der mehrere Haushalte mit Strom und Wärme versorgt und so Kosten auf mehrere Parteien umlegt, oder als „Tankstelle 2.0“ für verschiedene Energieträger im Mobilitätssektor. So kann sie batterieelektrische Fahrzeuge sowie wasserstoffbetriebene Schwerlastfahrzeuge gleichermaßen mit „Kraftstoff“ bedienen. Diese Anwendung lässt sich auch wunderbar mit dem Quartiersgedanken verknüpfen, indem an einer zentralen Stelle in einem Wohngebiet nicht nur Strom und Wärme für die Haushalte zur Verfügung gestellt wird, sondern auch eine Betankungsmöglichkeit, sei es mit Wasserstoff oder elektrisch.

Auch eine Rückverstromung ist möglich, allerdings sollte Energiewandlung, wenn möglich, vermieden werden, da diese immer mit Wirkungsgradverlusten einhergeht. Bei einer Dunkelflaute sind solche Verluste allerdings hinnehmbar.

 

EEHH: Teil der SET-Box ist auch der Metallhydrid-Speicher, über den wir auf dem Blog bereits berichtet haben. Gab es in den letzten Jahren bei den Metallhydrid-Speichern Forschungsfortschritte?

Prof. Dr. Julian Jepsen: Ein Metallhydridspeicher besteht im Wesentlichen aus zwei Kernkomponenten. Die Speicherlegierung, die Wasserstoff im Inneren des Systems aufnimmt, und das System drumherum. In beiden Bereichen haben wir in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt. Bei den Speicherlegierungen haben wir durch den Einsatz von Sekundärmaterialien den CO2-Fußabdruck und die Kosten reduziert. Im Gesamtsystem konnten wir vor allem im Bereich der Tanksysteme Fortschritte erzielen. Wir haben innovative Geometrien und eine effiziente Wärmeführung realisiert, um die Lade- und Entladegeschwindigkeit der Metallhydrid-Speicher zu erhöhen. Unser „Wunschspeichermedium“, welches sich durch geringe Kosten bei gleichzeitig hoher Speicherdichte auszeichnet, haben wir zwar noch nicht identifiziert, wir sind aber sehr nahe dran.

 

EEHH: Sie arbeiten auch am sogenannten Smart Grid. Können Sie dazu einen kurzen Ausblick geben?

Prof. Dr. Julian Jepsen: Ein Smart Grid ist ein System, das eigene Netze aufbauen und diese netzunabhängig intelligent steuern und regeln kann. Die SET-Box ist daher auch ein Smart-Grid-System. Einen Unterschied zu anderen Systemen macht die Metallhydridspeicherung – eine sehr innovative, sehr kompakte Form der Wasserstoffspeicherung. Und die SET-Box speichert nicht nur über die Metallhydride, sondern komprimiert auch über Metallhydride. In diesem Fall kann man von einem technologischen Vorsprung gegenüber der etablierten Technologie sprechen. Denn die Box braucht für die Kompression von Wasserstoff keinerlei bewegliche Teile, sondern ist rein thermisch getrieben. Letztendlich wollen wir überall in der SET-Box vermeintliche Verlustwärme in nutzbare Wärme umwandeln und haben dadurch den wesentlichen Vorteil, Wasserstoff auf einem höheren Druckniveau, zum Beispiel für Busse oder LKWs, zur Verfügung stellen zu können.

 

Disclaimer: Dieses Interview ist mit Hilfe von KI entstanden. Das Transkriptionstool bliro hat das Gespräch aufgezeichnet. Fragestellung, Verschriftlichung und Ausformulierung erfolgte durch EEHH.