Grüner Wasserstoff für die Energiewende

Die Wasserstofftechnologie wird zur Erhöhung der wirtschaftlichen Souveränität und zum Erreichen der Klimaschutzziele in Deutschland und Europa eine Schlüsselrolle einnehmen. Wasserstoff ist ein umweltfreundlicher, sicherer und leistungsstarker Energie- und Stoffträger, der effizient und nachhaltig produziert werden kann. Er ermöglicht die Sektorenkopplung zwischen Strom, Wärme, Mobilität und Industrie und ist ein essenzieller Stoffträger für industrielle Prozesse. Um eine funktionsfähige und wirtschaftliche Wasserstoffwirtschaft zu etablieren, gibt es jedoch weiterhin Bedarf an Forschung und Infrastrukturentwicklung, z.B. zu den Themen kostengünstige Elektrolyseverfahren, robuste Materialien, Speicherlösungen mit hoher Leistungs- und Energiedichte sowie Wasserstofftransport.

Das Thema Wasserstoff wird seit über 20 Jahren am Fraunhofer IFAM intensiv bearbeitet. Damit ist das Institut fester Bestandteil der Wasserstoff-Community und unterstützt die Branche mit seinen werkstofflichen und fertigungstechnischen Kompetenzen entlang der Wasserstoffwertschöpfungskette – von der Grundlagenforschung über die Entwicklung innovativer Materialien und Prozesse bis hin zur praxisnahen Erprobung und industriellen Umsetzung. Unsere Forschungsschwerpunkte sind:

• Nachhaltige Wasserstofferzeugung
• Transport und Speicherung von Wasserstoff
• Nutzung/Anwendungen von Wasserstoff
• Material- und Prozessinnovationen im Bereich Wasserstoff

Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich darauf, Werkstoff- und Fertigungskosten von Komponenten zu optimieren sowie deren Effizienz und Betriebsfestigkeit zu verbessern, um nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen zu entwickeln.

 

Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse

Eine effiziente und kostengünstige Erzeugung von Wasserstoff ist die Basis für eine wettbewerbsfähige Wasserstoffwirtschaft. Das Fraunhofer IFAM forscht an innovativen Elektrolyseverfahren, um Wirkungsgrad, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit der Systeme zu verbessern:

Alkalische Elektrolyse (AEL): 

Bewährte Technologie mit hohem Reifegrad, die wir hinsichtlich Effizienz, Materialeinsatz und Lebensdauer weiter optimieren

PEM- und AEM-Elektrolyse: 

Besonders geeignet für dynamischen Betrieb mit schwankendem Wind- und Solarstrom, ideal für die direkte Kopplung an erneuerbare Energien

Meerwasserelektrolyse: 

Innovative Ansätze, bei denen Katalysatoren, Membranen und Werkstoffe entwickelt werden, die selbst unter hochkorrosiven Bedingungen zuverlässig arbeiten

Unser Institut verfügt über eine umfangreiche Laborinfrastruktur, inklusive Laborelektrolyseur, analytische Verfahren und Teststände, die es uns ermöglichen, neue Materialien unter realitätsnahen Bedingungen zu untersuchen.

 

Transport und Speicherung von Wasserstoff: Effiziente Lösungen für Industrie und Mobilität

Die Verfügbarkeit sicherer und wirtschaftlicher Transport- und Speichersysteme ist entscheidend für eine flächendeckende Wasserstoffversorgung. Unsere Forschung umfasst unter anderem die Bereiche:

Druck- und kryogene Speicher:

Tank- und Transportsysteme müssen hohen Drücken (zwischen 300 und 700 bar, z.B. im Fahrzeugbau) oder kryogenen Temperaturen (bis -253 °C, z.B. in der Luft- und Raumfahrt) standhalten. Unsere Forschenden arbeiten an faserverstärkten Verbundwerkstoffen für leichte, sichere Drucktanks, optimieren Dichtsysteme zur Minimierung von Wasserstoffverlusten und analysieren das Langzeitverhalten von Materialien zur Verhinderung von Materialversprödung. Zudem testen sie Werkstoffe, die selbst bei kryogenen Temperaturen zuverlässig funktionieren

LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier):

Flüssige organische Wasserstoffspeicher binden Wasserstoff chemisch und ermöglichen eine sichere, verlustarme Speicherung bei Umgebungsdruck und -temperatur. Wir entwickeln reaktionsbeständige Tankbeschichtungen und optimieren Katalysatoren für die Wasserstofffreisetzung

Metallhydride:

Metallhydridspeicher bieten eine besonders hohe volumetrische Speicherdichte und sind ideal für Anwendungen mit begrenztem Bauraum. Am Institut entwickeln wir Verbundwerkstoffe, um die Reaktionskinetik zu verbessern und die Wirtschaftlichkeit zu steigern

POWERPASTE:

Mit POWERPASTE wurde am Fraunhofer IFAM ein innovativer, pastöser Wasserstoffspeicher auf Basis von Magnesiumhydrid (MgH₂) entwickelt. Diese Technologie ist ideal, wenn keine geeignete Wasserstofflogistik oder Tankstelleninfrastruktur vorhanden ist. POWERPASTE wird in handlichen Kartuschen bereitgestellt und setzt Wasserstoff bedarfsgerecht in einem Hydrolysereaktor durch Pastendosierung und Wasserzugabe frei.

Zustandsüberwachung und Korrosionsschutz:

Für eine flächendeckende Versorgung ist ein Wasserstoffnetz mit Leitungen und großen Speichern notwendig. Unsere F&E-Leistungen in diesem Bereich reichen von nachhaltigem Bewuchs- und Korrosionsschutz für Offshore-Wasserstoffpipelines bis zur automatisierten Zustandsüberwachung von Wasserstoffspeichern (Leitprojekt TransHyDE). Daneben werden Prüfverfahren zur realitätsnahen Abbildung der strukturellen Beanspruchungen entwickelt und analytische und numerische Modelle zur Nachweisführung eingesetzt.

 

Effiziente Nutzung von Wasserstoff durch Brennstoffzellen

Brennstoffzellen sind eine zentrale Komponente vieler Anwendungen – von der Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zu stationären Energieversorgungen und mobilen Geräten. Für eine effiziente Nutzung von Wasserstoff braucht es leistungsfähige und wirtschaftliche Brennstoffzellensysteme. Das Fraunhofer IFAM entwickelt Material- und Prozesslösungen, die die Produktion von Brennstoffzellen deutlich effizienter machen. Ein Schwerpunkt liegt auf schnellen, prozesssicheren Klebverfahren, die in der Lage sind, sogenannte 10-Hz-Fertigungsprozesse zu ermöglichen. Dadurch lassen sich Bauteile präzise, verzugsfrei und ohne die bei Schweißverfahren auftretenden thermischen Belastungen fügen. Auch können Korrosionsvorgänge im Betrieb reduziert oder vermieden werden.

 

Gemeinsam die Wasserstoffwirtschaft gestalten

Möchten Sie mehr über unsere Forschungsaktivitäten, Projekte oder Dienstleistungen im Bereich grüner Wasserstoff, Elektrolyse, Transport- und Speicherlösungen oder Brennstoffzellenfertigung erfahren? Sprechen Sie uns gerne an und gestalten Sie gemeinsam mit uns die Zukunft einer klimaneutralen Wasserstoffwirtschaft.