Elektrochemie als Schlüsseltechnologie für die Energiewende

Die Dekarbonisierung stellt unsere moderne Industriegesellschaft vor Herausforderungen. Insbesondere werden wir unsere zunehmend volatile Energieerzeugung und unseren Energieverbrauch durch Sektorenkopplung sowie Speicher deutlich stärker entkoppeln und Wasserstoff als Stoffträger für industrielle Prozesse einsetzen müssen. Sowohl für die elektrischen Energiespeicher als auch für die Wasserstoffwirtschaft ist die Elektrochemie eine Schlüsselkompetenz.

Alternative Zelltechnologien für Energiespeicher

Während für elektrische Energiespeicher im Bereich Mobilität aktuell Lithium-Ionen- Zellen genutzt werden, sind für netzgebundene stationäre Speicher, wie sie z. B. für eine Primärregelleistung erforderlich sind, andere Zelltechnologien denkbar. Hintergrund sind hierbei u. a. die geänderten Anforderungen aus der Betriebsführung und die geringere Relevanz der gravimetrischen Speicherdichte für die Anwendung. Alternative Technologien wie z. B. Zink-Ionen- und Natrium-Ionen-Systeme sind vielfach günstiger, nichtgiftig und sicherer. Gleichzeitig sind die erforderlichen Materialien, im Gegensatz zu Lithium- Ionen-Zellen bzgl. der Verfügbarkeit als nicht kritisch einzuordnen. Weitere wichtige Fragestellungen ergeben sich im Bereich der Betriebsstrategie für elektrische Energiespeicher. Insbesondere neue Methoden zur Online-Bestimmung des Ladezustands und des Gesundheitszustandes der Batteriezellen sind dabei für einen optimalen und langlebigen sicheren Betrieb notwendig.

Ausbau der Wasserstofftransportkette im Fokus

Wasserstoff wird im zukünftigen Energie- und Wirtschaftssystem u. a. zur Sektorenkopplung, als Energiespeicher und auch als Stoffträger gebraucht. Aufgrund der vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten steht aktuell die Erhöhung der Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff und dessen Verteilung im Zentrum der Marktentwicklung. Damit die Wasserstoffproduktion wirtschaftlich erfolgen kann, müssen Erzeugungsanlagen, kostengünstig produziert werden. Eine effiziente Herstellungsroute soll skalierbare Produktion, rohstoffschonende Prozessschritte sowie hochaktive und langzeitstabile Elektroden für die alkalische Elektrolyse möglich machen. Für den Transport des grünen Wasserstoffs kommen je nach Produktionsort unterschiedliche Konzepte infrage. Das Fraunhofer IFAM entwickelt u. a. Technologien für den Aufbau einer Wasserstoff-Transportkette von Offshore-Produktionsstandorten zu den Verbrauchern auf dem Festland. Vielfach lassen sich die Entwicklungen, wie z. B. Barriereschichten oder Dichtungsmaterialien für Tanks oder Leitungen auch für andere Wasserstoffanwendungen nutzen.