Grüner Wasserstoff

Die Wasserstofftechnologie wird für das Erreichen der Klimaschutzziele eine Schlüsselrolle einnehmen. Wasserstoff ist ein umweltfreundlicher, sicherer und leistungsfähiger Energie- und Stoffträger, der effizient und nachhaltig produziert, zur Sektorenkopplung genutzt und vielfältig eingesetzt werden kann. Trotz seiner langjährigen Erforschung erfordert der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft beträchtliche Anstrengungen seitens der deutschen und europäischen Industrie. Hierbei müssen Fragestellungen hinsichtlich Erzeugung, Transport, Speicherung und Nutzung für eine Vielzahl von Anwendungen geklärt und die entsprechende Infrastruktur aufgebaut werden.

Das Fraunhofer IFAM hat sich als langjähriger Forschungs- und Entwicklungspartner von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien national und international etabliert. Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Wasserstoffwirtschaft decken unsere Expertinnen und Experten die Bereiche Wasserstofferzeugung, Wasserstofftransport und Speicherung sowie die Nutzung von Wasserstoff umfassend ab. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, Werkstoff- und Fertigungskosten von Komponenten zu optimieren sowie deren Effizienz und Betriebsfestigkeit zu verbessern, um nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen zu entwickeln.

 

Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse

Eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft muss auf erneuerbarer Primärenergie aufbauen und erfordert kostengünstige Herstellungsverfahren. Die Elektrolyse wird dabei eine zentrale Rolle einnehmen. Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich umfassend mit der alkalischen Elektrolyse und entwickelt innovative Verfahren wie die Meerwasserelektrolyse weiter.

Unser Institut verfügt über eine umfangreiche Laboranalytik und kann auf einen Laborelektrolyseur zurückgreifen. Im Bereich der alkalischen und der PEM-Elektrolyse wird mit dieser Ausstattung an innovativen Materialien und Prozessen geforscht, um die Effizienz von Elektrolyseuren zu steigern und die Kosten zu senken. Im Bereich der Meerwasserelektrolyse werden u. a. neue Komponenten (z. B. Membrane) und Werkstoffe entwickelt, die für den Einsatz unter den oftmals hochkorrosiven Bedingungen im Meer geeignet sind.

 

Transport und Speicherung von Wasserstoff

Die Transport- und Speicherungsmöglichkeiten von Wasserstoff sind eng miteinander verknüpft, vielfältig und hängen von der Nutzung ab. Die Wahl der passenden Technologie richtet sich dabei neben wirtschaftlichen Gesichtspunkten oft nach der gravimetrischen oder volumetrischen Energiedichte.

Für einen kostengünstigen Transport und die Speicherung von Wasserstoff kommen vor allem drucklose bzw. Niederdruck-Verfahren, wie bspw. Leitungsnetze (inkl. Speicher wie Salzkavernen), flüssige organische Wasserstoffspeicher (Liquid Organic Hydrogen Carrier – LOHC) oder Wasserstoffderivate in Betracht. Für die Anwendung im Fahrzeugbau werden hauptsächlich Druckspeicher (typischer Druck zwischen 300 und 700 bar) und für die Luft- und Raumfahrt kryogene Systeme (bis zu -253°C) entwickelt. Hierfür nutzt das Fraunhofer IFAM seine Materialexpertise und Laborausstattung, um beispielsweise die Wasserstoffpermeation (z. B. Verbundwerkstoffe) und Materialversprödung (z. B. hochfeste Stähle) zu bestimmen, Sperrschichten zu entwickeln oder die wasserstoffinduzierte Materialalterung zu beschreiben. Weitere F&E-Themen reichen von nachhaltigem Bewuchs- und Korrosionsschutz für Offshore-Wasserstoffpipelines über die effiziente Konstruktion und optimale Materialien für LOHC-Tanks bis hin zur automatisierten Zustandsüberwachung der Wasserstoffspeicher (Leitprojekt TransHyDE). Daneben werden am Fraunhofer IFAM Prüfverfahren, Bauteile und geklebte Strukturen zur realitätsnahen Abbildung der strukturellen Beanspruchungen entwickelt und analytische und numerische Modelle zur Nachweisführung eingesetzt.

 

Bessere volumetrische Speicherdichte durch Metallhydride

Metallhydride bieten im Vergleich zu vielen anderen Wasserstoffspeichern eine bessere volumetrische Speicherdichte. Entsprechend sind sie für Anwendungen mit begrenztem Speichervolumen und unkritischem Speichergewicht eine sehr interessante Lösung. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und der Reaktionskinetik nutzen unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fortschrittliche Metallhydrid-Verbundwerkstoffe, die aus der hydridbildenden Metalllegierung und sekundären Hilfsmaterialien wie Graphit und/oder Polymeren bestehen.

 

POWERPASTE: Chemischer Wasserstoffspeicher mit extrem hoher Speicherdichte

Auf Basis des Leichtmetallhydrids MgH2 hat das Fraunhofer IFAM einen pastösen Wasserstoffspeicher (POWERPASTE) entwickelt. Dieser ermöglicht die Nutzung von Wasserstoff, wenn keine geeignete Wasserstofflogistik oder Betankungsinfrastruktur vorhanden oder nutzbar ist. POWERPASTE kann in Kartuschen abgefüllt werden und Wasserstoff in einem Hydrolysereaktor durch Pastendosierung und Wasserzugabe freisetzen.

 

Effiziente Nutzung von Wasserstoff durch Brennstoffzellen

Für eine effiziente Nutzung Von Wasserstoff ist die kostengünstige Herstellung von Verbrauchen, d. h. insbesondere Brennstoffzellen, essenziell. Von der Automobilindustrie über die Luftfahrt bis zur mobilen Wasserstoffnutzung werden kostengünstige und leistungsfähige Brennstoffzellen ein Schlüssel zur breiten Anwendung sein. Das Fraunhofer IFAM setzt dabei auf schnelle und prozesssichere Klebprozesse, um in der Brennstoffzellenfertigung so genannte 10Hz Prozesse zu erreichen und den beim Schweißen auftretenden Verzug zu vermeiden.

 

Sprechen Sie uns gerne an, um mehr über unsere Forschungsaktivitäten und Dienstleistungen im Bereich von grünem Wasserstoff zu erfahren.