Im September 2025 konnte das IET zwei neue Masterstudierende der Universität Bologna begrüssen – Lorenzo Fucacci und Francesco Fabozzi. Sie kamen zu uns, um sich in den Bereichen Power-to-X sowie Elektrotechnik Wissen anzueignen und Untersuchungen für ihre Masterarbeit durchzuführen. Die Zusammenarbeit zwischen dem IET und der Universität Bologna besteht nun seit ein paar Jahren und der Austausch ist für beide Seiten bereichernd – bereits ist wieder die nächste Masterarbeit bei uns geplant.
Während ihres Aufenthaltes konnten Francesco und Lorenzo neben dem Fachgebiet der Power-to-X-Technologien auch die Schweiz, ihre Landschaft und Kultur kennenlernen. So waren sie Teil des Erasmus-Programms und konnten auch erste Sätze auf Deutsch lernen.
Modellierung der Methanolsynthese
In seiner Masterarbeit analysierte und modellierte Francesco Fabozzi die Methanolsynthese auf Basis einer Festoxid-Elektrolyse. Das Hauptziel bestand darin, die Co-Elektrolyse von Wasserdampf (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) im Vergleich zur Wasserdampf-Elektrolyse gefolgt von CO₂-Hydrierung hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrads und der thermischen Integration zu bewerten.
Für die Modellierung setzte Francesco eine OpenModelica-Umgebung auf und implementierte deterministische Modelle von Grund auf, um die Einschränkungen bereits vorhandener Bibliotheken zu überwinden. Das Framework umfasst die elektrochemische Modellierung eines kommerziellen SOEC-Stacks sowie die kinetische Modellierung der Synthesereaktoren. Die thermische Analyse zeigt, dass die Rückgewinnung der exothermen Wärme aus der Synthese den Strombedarf des endothermen Elektrolyseurs drastisch senken kann. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für mögliche zukünftige Optimierungen der Round-Trip-Effizienz.
Power-to-X zur Stabilisierung des Stromnetzes
Da fluktuierende Energiequellen wie Sonne und Wind an Bedeutung gewinnen, wird das Netz zunehmend anfällig für schnelle Frequenzschwankungen. In seiner Arbeit untersuchte Lorenzo Fucacci das dynamische Verhalten eines PEM- und eines AEM-Elektrolyseurs sowie eines Methanolreformers, um zu prüfen, ob und wie sie netzstützend eingesetzt werden können.
Im Mittelpunkt seiner Untersuchungen stand das neue Netzlabor, welches an der OST entsteht, um das dynamische Verhalten von Stromnetzen zu emulieren. Ein wesentlicher Teil der Arbeit bestand in der Entwicklung und Erprobung von Regelungsstrategien in einer kontrollieren Umgebung. Ausschlaggebend ist die Reaktionszeit der verschiedenen untersuchten Technologien. Konkret wurde ein Regelkreis mit einem diskreten PI-Regler entworfen, um es einem PEM-Elektrolyseur zu ermöglichen, Schwankungen der Netzlast auszugleichen. Die experimentellen Ergebnisse charakterisieren die Betriebsgrenzen, Anlaufzeiten und Leistungsnachführfähigkeiten dieser Anlagen. Die Ergebnisse zeigen, dass PEM-Elektrolyseure ausgereift sind und sowohl die Anforderungen der primären als auch der sekundären Frequenzregelung erfüllen können. Der AEM-Elektrolyseur erfüllt die Kriterien, um in der Sekundärfrequenzregelung eingesetzt zu werden. Der untersuchte Methanolreformer alleine kann direkt in der Tertiärfrequenzregelung eingesetzt werden. In Kombination mit einem Speicher wie einer Batterie kann dieser für Primär- oder Sekundärregelung eingesetzt werden und dazu beitragen die Anzahl Batterien zu reduzieren bei gleichbleibender Kapazität. Die gewonnen Ergebnisse fliessen in das Projekt ENSURE ein, welches sich den Möglichkeiten der Netzstabilisierung durch Power-to-X-Technologien widmet.
Masterabschluss mit Ehren
Die beiden Studierenden haben am IET hervorragende Arbeit geleistet. Wir freuen uns deshalb sehr, dass beide den Master erfolgreich abschliessen konnten und gratulieren! Insbesondere freut es uns, dass Lorenzo mit der Maximalnote den Master abschliessen und die Auszeichnung «cum laude» erhielt. Für beide steht nun der Schritt in die Berufswelt an, wofür wir ihnen alles Gute wünschen.