Wasserstofftechnologien

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Wasserstofftechnologien

Erzeugung

Zur Erzeugung von Wasserstoff wird Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in H2 und O2 zerlegt. Jede Art der Elektrolyse bringt spezifische Vorteile mit sich, so dass die Wahl der geeigneten Technologie je nach Einsatzszenario unterschiedlich ausfallen kann: Die alkalische Wasserelektrolyse mit flüssiger Kalilauge und die saure Membran- oder auch PEM-Elektrolyse (PEM: Proton Exchange Membran) arbeiten bei niedrigen Temperaturen zwischen 50 und 80 °C. Beide Technologien sind technologisch sehr weit vorangeschritten. Besonders die PEM-Elektrolyse gilt als besonders geeignet für die Kopplung mit erneuerbaren Energiequellen, u. a. durch ihre kompakte Bauweise, gute Eignung zum Druckbetrieb und hohe Dynamik bei schnellem Lastwechsel. Die Hochtemperatur- oder auch Dampfelektrolyse nutzt einen Festoxid-Elektrolyten aus keramischen Materialien und wird bei ca. 800 °C betrieben. Sie befindet sich auf einem Entwicklungsstand von TRL 4-6, eine breite Feldtesterfahrung liegt noch nicht vor. Ihr entscheidender Vorteil ist der sehr gute elektrische Wirkungs-grad, wenn vor Ort Abwärme auf einem Temperaturlevel von 200 °C oder höher verfügbar ist. Sie ist damit vor allem zur Kopplung mit industriellen Prozessen geeignet. Fraunhofer-Expertinnen und Experten verfügen bei allen drei Elektrolysearten über langjährige Kompetenz und Erfahrungen und forschen darüber hinaus an Nischenanwendungen wie der alkalischen Membran-Elektrolyse (TRL 4-6) und die Meerwasser-Elektrolyse (TRL 1-3).

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

RhoTech

Ziel des Projektes RhoTech ist die Produktion von Wasserstoff aus Frucht- und Molkereiabfällen mit Hilfe von Purpurbakterien. Das Fraunhofer IPA analysiert die Vermarktungs- und Nachhaltigkeitsperspektiven dieser Verfahren.

 

MACOR

Wie kann die Stahlindustrie dazu beitragen, den CO2-Ausstoß zu verringern? Genauer gefragt: Wie lassen sich die CO2-Emissionen bei der Produktion von Rohstahl um bis zu 95 Prozent möglichst effizient reduzieren? 

Speicherung

Die Speicherung von Wasserstoff ist ein wesentlicher Baustein sämtlicher Anwendungen im mobilen und stationären Bereich sowie in der Logistik. Die Institute der Fraunhofer-Energieforschung entwickeln und optimieren Materialien, Verfahren und Systeme für die Wasserstoffspeicherung. Die Schwerpunkte liegen dabei u.a. auf der Skalierbarkeit und sicheren Handhabung sowie der effizienten und wirtschaftlichen Einbindung in Energie- und Antriebssysteme. Für den Test und die Technologiedemonstration stehen verschiedene Plattformen, z.B. für flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC), zur Verfügung.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

H2Giga

Eines der drei Wasserstoff-Leitprojekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Mit etwa 130 beteiligten Institutionen aus Wirtschaft und Wissenschaft, arbeitet H2Giga an der Industrialisierung der Wasserelektrolyse. 

 

Kopernikus-Projekt Power-to-X

Ziel dieses Forschungsclusters ist es, regenerativ erzeugten Wasserstoff für Anwendungen im Mobilitätssektor und in der chemischen Industrie möglichst effizient nutzbar zu machen.

 

 

CleanPro4HS

Wasserstofftanks für schwere Nutzfahrzeuge sollen den Schwerlastverkehr nachhaltiger machen. Im Projekt CleanPro4HS werden Fertigungstechnologien unter Reinheitsaspekten untersucht.

Wandlung

Neben der stofflichen Nutzung von Wasserstoff z.B. in der chemischen oder der Stahlindustrie ist die energetische Nutzung durch Wandlung in elektrische, mechanische oder thermische Energie ein wesentlicher Bestandteil einer zukünftigen Hydrogen Economy. Die Europäische Kommission sieht in Ihrer »Hydrogen Strategy« vor, 40 Gigawatt an Elektrolyse-Leistung aufzubauen. In Deutschland sollen bis zum Jahr 2040 Elektrolyse-Anlagen zur Wasserstoffproduktion mit einer Gesamtleistung von 10 Gigawatt errichtet werden. Im Umkehrschluss bedarf es vieler Millionen Brennstoffzellen, um den Wasserstoff nutzbar zu machen. Im Bereich der Brennstoffzellentechnologie unterstützen die Fraunhofer-Expertinnen und Experten Kunden entlang der gesamten Prozesskette, insbesondere in den folgenden Feldern: Charakterisierung von Komponenten, Zellen und Stacks I Charakterisierung von Systemen und Peripheriekomponenten I Entwicklung von Stacks und Systemen I Produktionsforschung für Brennstoffzellen I Modellierung und Simulation von der Mikroskala bis zur Systemebene. Darüber hinaus arbeiten unsere Mitglieder technologieoffen z.B. auch an der Nutzung von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

NAMOSYM

Ziel des Projekts ist es, nachhaltige Syntheseverfahren für Kraftstoffe für Diesel- und Ottomotoren zu entwickeln. 

Systemintegration (inklusive Wasserstoffsicherheit)

Um die globale Herausforderung der Begrenzung der globalen Erwärmung auf unter 2°C zu bewältigen, muss der Anteil der fossilen Energieträger in globalen Energiesystemen auf ein Minimum reduziert werden. Anstelle von fossilen Energieträgern muss deshalb eine nachhaltige Energiekreislaufwirtschaft installiert werden, die in erheblichem Maß auf Wasserstoff basiert. In diesem Prozess werden neben der Forschung und Entwicklung an einzelnen Komponenten und Technologien auch systemische Fragestellungen an Bedeutung gewinnen. Hierzu zählen zum einen Fragen der praktischen Nutzung im oder für das System im Sinne von Transportmöglichkeiten, Einspeiseanlagen oder Netzinfrastruktur und die Gewährleistung von deren Sicherheit, zum anderen übergeordnete Aspekte wie die Entwicklung von regulatorischen Rahmenbedingungen, die Schaffung international einheitlicher Regularien und Standards oder der Abbau regulatorischer Hemmnisse. Unsere Kunden unterstützen wir hier sowohl Forschungskontext als auch beratend in Form von Positionspapieren und Analysen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

TransHyDE-Sys

Selten wird Wasserstoff dort genutzt, wo er hergestellt wird. Deshalb werden Transport-Infrastrukturen dringend benötigt. Das Leitprojekt TransHyDE entwickelt mehrere Technologien zum Wasserstoff-Transport, bewertet und demonstriert sie.

 

H2-SO

Das Projekt unterstützt dabei, Wasserstoff in das Energiesystem und die unterschiedlichen Sektoren einzuführen. Ziel ist es, eine Vielzahl relevanter Akteure aus allen Sektoren in Bezug auf die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie zu verknüpfen.

 

I-H2-Hub-BW

Ziel des Projektvorhabens I-H2-Hub-BW ist die Erhebung der Potenziale für die industrielle Nutzung von Wasserstoff und deren Evaluation anhand eines Beispiels.

 

Go4City (G4C)

ELO Mobility entwickelt mit dem Fraunhofer IVI neuartige Stadtlinienbusse mit Wasserstoff-Antrieb.

 

LHyCon

In den letzten Jahrzehnten sind die Anforderungen an die Dichtheit von Behältern, Apparaturen und Anlagen erheblich gestiegen. Ziel ist die Entwicklung eines Wasserstoffsensor mit höchster Empfindlichkeit.