Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAMGrüner Wasserstoff gilt als ein zentraler Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität. Er ermöglicht die Sektorenkopplung zwischen Strom, Wärme, Mobilität und Industrie und ersetzt fossile Energieträger in Bereichen, die sich nur schwer direkt elektrifizieren lassen. Damit Wasserstoff sein Potenzial voll entfalten kann, braucht es effiziente Elektrolyseverfahren, robuste Materialien, leistungsfähige Speicherlösungen und zuverlässige Transportinfrastrukturen.
Grüner Wasserstoff für die Energiewende
Wasserstoff als Schlüssel zur Klimaneutralität
Wasserstoff ist ein vielseitiger Energie- und Stoffträger, der emissionsfrei genutzt werden kann, sofern er aus erneuerbaren Quellen stammt. Er erhöht die Versorgungssicherheit, unterstützt den Aufbau resilienter Energiesysteme und eröffnet neue Wertschöpfungsketten in Industrie und Mobilität. Gleichzeitig steht der Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft vor Herausforderungen: Kosten, Effizienz, Skalierung, Materialverfügbarkeit und Sicherheitsanforderungen. Hier setzt die Forschung des Fraunhofer IFAM an.
Unsere Forschungsschwerpunkte entlang der Wasserstoffwertschöpfungskette
Seit über 20 Jahren forscht das Fraunhofer IFAM am Thema Wasserstoff und ist fester Bestandteil der Wasserstoff-Community. Wir unterstützen Industrie und öffentliche Hand entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Material- und Prozessentwicklung bis zur anwendungsnahen Erprobung. Unsere Forschungsschwerpunkte sind:
- Nachhaltige Erzeugung von grünem Wasserstoff (Elektrolyse)
- Transport und Speicherung von Wasserstoff
- Nutzung von Wasserstoff, insbesondere in Brennstoffzellensystemen
- Material- und Prozessinnovationen für Wasserstofftechnologien
Ziel ist es, Werkstoff- und Fertigungskosten zu senken, Effizienz und Betriebsfestigkeit zu steigern und so wirtschaftliche, skalierbare Lösungen zu ermöglichen.
Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse
Eine effiziente, kostengünstige Elektrolyse ist die Basis einer wettbewerbsfähigen Wasserstoffwirtschaft. Das Fraunhofer IFAM arbeitet an verschiedenen Elektrolysetechnologien:
- Alkalische Elektrolyse (AEL): Weiterentwicklung einer bewährten Technologie hin zu höherer Effizienz, optimiertem Materialeinsatz und längeren Standzeiten.
- PEM- und AEM-Elektrolyse: Systeme für den dynamischen Betrieb mit schwankendem Wind- und Solarstrom, ideal zur direkten Kopplung an erneuerbare Energieanlagen.
- Meerwasserelektrolyse: Entwicklung von Katalysatoren, Membranen und Werkstoffen, die auch unter hochkorrosiven Bedingungen sicher und dauerhaft funktionieren.
Dafür steht eine umfangreiche Laborinfrastruktur mit Laborelektrolyseuren, analytischen Verfahren und Testständen zur Verfügung, um neue Materialien und Komponenten unter realitätsnahen Bedingungen zu untersuchen.
Transport und Speicherung von Wasserstoff
Für eine flächendeckende Wasserstoffversorgung werden unterschiedliche Speicher- und Transportkonzepte benötigt. Das Fraunhofer IFAM bearbeitet unter anderem:
- Druck- und kryogene Speicher: Leichte, sichere Drucktanks aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen für Drücke bis zu mehreren Hundert bar sowie Werkstoffe für kryogene Temperaturen bis etwa minus 253 °C. Im Fokus stehen Dichtsysteme, Langzeitverhalten und die Vermeidung von Materialversprödung.
- LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier): Entwicklung beständiger Tankbeschichtungen und optimierter Katalysatoren, um chemisch gebundenen Wasserstoff sicher und effizient zu speichern und wieder freizusetzen.
- Metallhydride: Verbundwerkstoffe mit hoher volumetrischer Speicherdichte und verbesserter Reaktionskinetik für Anwendungen mit begrenztem Bauraum.
- POWERPASTE: Pastöse Wasserstoffspeichertechnologie auf Basis von Magnesiumhydrid (MgH₂), die Wasserstoff bedarfsgerecht in einem Hydrolysereaktor freisetzt – ideal für Anwendungen ohne ausgebautes Wasserstoff-Tankstellennetz.
- Zustandsüberwachung und Korrosionsschutz: Lösungen für Wasserstoffpipelines und Großspeicher, nachhaltiger Bewuchs- und Korrosionsschutz, automatisierte Zustandsüberwachung sowie Prüfverfahren und Modelle zur realitätsnahen Abbildung von Belastungen.
Effiziente Nutzung von Wasserstoff durch Brennstoffzellen
Brennstoffzellen sind ein zentrales Nutzungspfad für Wasserstoff – etwa in Fahrzeugen, Flugzeugen, stationären Anlagen oder mobilen Geräten. Damit sie sich durchsetzen, müssen Systeme kostengünstig, effizient und in großen Stückzahlen produzierbar sein. Das Fraunhofer IFAM entwickelt Material- und Prozesslösungen, die die Fertigung von Brennstoffzellen beschleunigen und zuverlässiger machen. Ein Schwerpunkt liegt auf schnellen, prozesssicheren Klebverfahren, die hochdichte, präzise Fügungen bei hohen Taktzahlen ermöglichen und thermische Belastungen wie beim Schweißen vermeiden. Dadurch lassen sich Produktionskosten senken, Bauteilqualität erhöhen und Korrosionsrisiken im Betrieb reduzieren.
Gemeinsam die Wasserstoffwirtschaft gestalten
Sie möchten mehr über unsere Aktivitäten zu grünem Wasserstoff, Elektrolysetechnologien, Speicher- und Transportlösungen oder Brennstoffzellenfertigung erfahren?
Das Fraunhofer IFAM unterstützt Sie mit Studien, Material- und Prozessentwicklung, Prototyping, Tests und Skalierungsbegleitung. Sprechen Sie uns an – gemeinsam entwickeln wir tragfähige Lösungen für eine klimaneutrale Wasserstoffwirtschaft.
Was ist grüner Wasserstoff und warum ist er wichtig für die Energiewende?
Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt und verursacht in Herstellung und Nutzung keine CO₂-Emissionen. Er ist wichtig für die Energiewende, weil er schwer elektrifizierbare Bereiche wie Industrieprozesse, Teile des Verkehrs und Langzeitspeicher im Energiesystem dekarbonisieren kann und so Sektorenkopplung ermöglicht.
Welche Elektrolysetechnologien entwickelt das Fraunhofer IFAM weiter?
Das Fraunhofer IFAM arbeitet an alkalischer Elektrolyse (AEL), PEM‑Elektrolyse und insbesondere an der AEM‑Elektrolyse, um Wirkungsgrad, Lebensdauer und Ressourceneffizienz zu steigern. Im Fokus stehen kostengünstige Katalysatoren, optimierte Elektrodenstrukturen und Zellkonzepte, die sich im industriellen Maßstab betreiben lassen.
Welche Speicherlösungen für Wasserstoff erforscht das Fraunhofer IFAM?
Das Fraunhofer IFAM untersucht Druck- und kryogene Speicher, LOHC‑Systeme, Metallhydride sowie die pastöse Speichertechnologie POWERPASTE. Ziel ist es, je nach Anwendung sichere, effiziente und wirtschaftliche Speicherlösungen zu bieten – von mobilen Kleinanwendungen bis zu industriellen und Infrastrukturprojekten.
Wo kommen die vom Fraunhofer IFAM entwickelten Wasserstofftechnologien zum Einsatz?
Die Wasserstofftechnologien des Fraunhofer IFAM kommen unter anderem in der Mobilität (z. B. Brennstoffzellenfahrzeuge, Zweiräder mit POWERPASTE), in stationären Energieversorgungssystemen, in der Luftfahrt sowie in industriellen Prozessen und Infrastrukturen zum Einsatz. Sie fließen zudem in nationale Leitprojekte wie H₂Giga und TransHyDE ein, die Erzeugung, Transport und Speicherung von Wasserstoff für die deutsche Wasserstoffwirtschaft adressieren.
Wie unterstützt das Fraunhofer IFAM Unternehmen beim Aufbau der Wasserstoffwirtschaft?
Das Fraunhofer IFAM unterstützt Unternehmen mit Material- und Prozessentwicklung, Komponenten-Design, Tests und Demonstratoren sowie mit Studien zu Erzeugung, Transport, Speicherung und Nutzung. Darüber hinaus bringt das Institut seine Expertise in nationale und internationale Kooperationsprojekte ein und hilft so, Technologien in skalierbare, industriell nutzbare Lösungen zu überführen.