AEMflex: Process-friendly AEM Electrolyzers for Flexible Grid Integration
Das Projekt AEMflex untersucht einen modularen 200 kW AEM-Elektrolyseur zur grünen Wasserstoffproduktion. Im Fokus stehen flexible Regelungsstrategien, hohe Effizienz und die Validierung unter realitätsnahen Netzbedingungen.
Das Projekt startete am 1. April 2026 und endet am 31. März 2029.
Deutschlands Weg zur Klimaneutralität bis 2045 stützt sich maßgeblich auf grünen Wasserstoff. Die beiden heute dominierenden Technologien zur Wasserelektrolyse, die alkalische Elektrolyse (AEL) und die Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM), weisen Grenzen hinsichtlich Kosten, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit auf. Die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse (AEM) zeichnet sich als vielversprechende Alternative ab: Sie benötigt weniger Edelmetallkatalysatoren als PEM und verspricht zugleich eine höhere Leistungsfähigkeit in Dynamik und Effizienz. Vollständig integrierte AEM-Elektrolysesysteme stellen jedoch nach wie vor eine Forschungslücke dar, insbesondere im Hinblick auf die experimentelle Validierung unter realitätsnahen Betriebsbedingungen.
Das Projekt AEMflex adressiert diese Lücke durch die Auslegung und den Aufbau eines modularen 200 kW AEM-Elektrolyseurs, vollständig eingebunden in das lokale Wasserstoffnetz. Maßgeschneiderte Regelungsstrategien werden entwickelt, um den Systembetrieb hinsichtlich Stabilität, Flexibilität, Effizienz und Langzeitzuverlässigkeit zu optimieren. Abschließend wird das Gesamtsystem mittels eines Power Hardware-in-the-Loop (PHIL)-Ansatzes validiert, wobei sowohl Standard-Netzszenarien als auch außergewöhnliche Netzereignisse unter realitätsnahen Bedingungen abgebildet werden.
Die Projektziele sind sowohl technischer als auch wissenschaftlicher Natur. AEMflex strebt Investitionskosten von unter 400 €/kW, einen Energieverbrauch von unter 50 kWh/kgH₂ sowie eine Degradationsrate von unter 15 µV/h pro Zelle an. Auf wissenschaftlicher Seite verfolgt das Projekt das Ziel, Auslegungs- und Regelungsstrategien für die Skalierung und Flexibilisierung der AEM-Technologie zu entwickeln und das Potenzial der AEM zu erschließen, um den Weg für die nächste Generation der grünen Wasserstoffproduktion zu ebnen.
Arbeitspakete
| Arbeitspakete | Titel | Zeit |
|---|---|---|
| 1 | Netzanforderungen an künftige Elektrolysesysteme | 04.2026 – 09.2026 (6 Monate) |
| 2 | Konzeptionierung, Spezifikation und Design eines modularen AEM Elektrolysesystems | 10.2026 – 03.2027 (6 Monate) |
| 3 | Regelungsentwicklung und Orchestrierung des Elektrolyse-Gesamtsystems | 09.2026 – 06.2027 (10 Monate) |
| 4 | Entwurf einer effizienten und modularen Leistungselektronik | 09.2026 – 03.2028 (19 Monate) |
| 5 | Systemmodellierung und Regelungsparametrisierung des AEMflex Elektrolyse-Gesamtsystems | 03.2027 – 02.2028 (12 Monate) |
| 6 | Aufbau und Inbetriebnahme des AEMflex Elektrolyseur | 08.2026 – 02.2028 (19 Monate) |
| 7 | Realitätsnahe Prüfung des Gesamtsystems mittels Power Hardware In the Loop | 09.2027 – 03.2029 (19 Monate) |
| 8 | Potenzielles Upscaling für AEM in großen Systemen | 04.2028 – 03.2029 (12 Monate) |
Meilensteine
| Milestone | Zeit | Beschreibung |
|---|---|---|
| MS1 | Monat 6 | Benchmarks für PHIL Validierung liegen vor |
| ABMS1 | Monat 12 | Freigegebenes Gesamtsystemdesign und vollständige Spezifikation |
| MS2 | Monat 17 | Regelungskonzepte und parametriertes Simulationsmodell des Gesamtsystems liegen vor |
| MS3 | Monat 23 | AEMflex-Gesamtsystem am PtX Lab des KIT aufgebaut und erfolgreich in Teillinbetriebnahme genommen |
| MS4 | Monat 33 | Vollständige Parametrisierung des Elektrolysesystem-Simulationsmodells abgeschlossen |
| MS5 | Monat 36 | Abgeschlossene technisch-wirtschaftliche Skalierungsanalyse und Kostenevaluation (LCOH-Modell) |
MS = Meilenstein; ABMS = Abbruchmeilenstein
Das AEMflex-System wird gemeinsam von vier Partnern entwickelt. Es vereint drei zentrale Infrastrukturen im Energy-Lab am KIT-Campus Nord:
- AEM-Elektrolysesystem (KIT-IMVT, Bosch): Ein dediziertes Elektrolysesystem, ausgelegt und aufgebaut von Bosch und KIT-IMVT, wird in einem Container am PtX Lab untergebracht. Es umfasst den Elektrolyseur, bestehend aus vier 50-kW-AEM-Stacks mit einer Gesamtleistung von 200 kW, sowie die vollständige nachgeschaltete Prozesskette (Wasseraufbereitung, Trocknung, Verdichtung). Das System ist auf hohe Betriebsflexibilität im Bereich 10–100 % Last ausgelegt.
- Modulare Leistungselektronik (KIT-ETI): Maßgeschneiderte Stromrichter, die speziell auf den AEM-Elektrolyseur abgestimmt sind und eine dynamische Lastregelung sowie eine modulare Verschaltung der Stacks ermöglichen.
- PHIL-Testumgebung (KIT-ITEP): Der Container wird mit dem PHIL-System im SEnSSiCC-Gebäude verbunden, in dem das AEMflex-System in Echtzeit unter realitätsnahen Netzbedingungen und Netzstörungen geprüft wird.
„Das AEMflex-Projekt legt den Grundstein für eine nachhaltige Zukunft mit grünem Wasserstoff und zeigt anhand eines realexistierenden Geräts, wie die Elektrolyse die Energiewende vorantreiben kann.“
H₂Rail
H₂Rail bildet eine Wasserstoff-betriebene Lokomotive realitätsnah ab, um Brennstoffzellen, Batterien und Energiemanagement direkt im Zug zu testen.
H₂-in-the-Loop
H₂-in-the-Loop testet wasserstoffbetriebene Hardware unter simulierten Stromnetzbedingungen, um technische Fehler früher und realitätsnäher zu erkennen.
AppLHy
AppLHy erforscht, wie flüssiger Wasserstoff bereitgestellt, gespeichert und genutzt werden kann, auch in Verbindung mit supraleitenden Bauteilen und Antrieben.
