Projekt-Übersicht: Produktion

Welche Grundlagen-Forschungsprojekte zum Thema Wasserstoff-Produktion forschen

PowerMem: Wie Membranen für die PEM-Elektrolyse langsamer altern und effizienter arbeiten

Das Bild zeigt grünen Dampf vor schwarzem Hintergrund. 
Foto: ©Iurii Kachkovskyi - stock.adobe.com

Zentral für den Einstieg in eine Wasserstoff-Wirtschaft ist die Verfügbarkeit von Grünem Wasserstoff. Dazu braucht es Verfahren, mit deren Hilfe sich Grüner Wasserstoff effizient und in großem Maßstab herstellen lässt. Die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEM-Elektrolyse) gilt als eine der effizientesten und flexibelsten Technologien zur Wasserstoff-Produktion. Das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga entwickelt daher Möglichkeiten, PEM-Elektrolyseure seriell herzustellen. Allerdings zählt die namensgebende Protonenaustauschmembran zu den kritischen Elementen der PEM-Elektrolyse, da sie noch zu schnell altert und damit die Effizienz der Elektrolyse senkt. Zudem könnte die Grundfunktion der Membran als leitfähige Barriere gegen den schädlichen Übertritt des entstehenden Wasserstoffs auf die falsche Seite der Elektrolysezelle noch gesteigert werden. Genau daran arbeitet das Projekt PowerMem: Durch Kombination verschiedener innovativer Ansätze werden besonders dünne, aber gleichzeitig sehr gasdichte und stabile Hoch­leistungsmembranen für die PEM-Elektrolyse erarbeitet. Insgesamt wird damit diese wich­tige Elektrolysetechnologie noch effizienter und erschwinglicher. Weitere Infos folgen in Kürze.

Langtitel: Höhere Lebensdauer und Umwandlungseffizienz durch Hochleistungsmembranen für die saure Wasserelektrolyse mit Festelektrolytmembranen

Förderkennzeichen: 03EW0012A–B

Gesamtfördersumme: ca. 2 Mio. Euro

Partner: Forschungszentrum Jülich GmbH - Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg (Koordination), Leibniz Universität Hannover

Projektlaufzeit: 01.01.2021 – 31.12.2023

Kontakt in das Projekt:

Prof. Dr. Simon Thiele
Koordinator des Projekts PowerMem
Forschungszentrum Jülich GmbH - Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg

+49 (0) 9131 85-20843
 

FemtoPEM: Effiziente Transportschichten für die PEM-Elektrolyse

Das Foto zeigt grünen Dampf vor schwarzem Hintergrund.
Foto: ©Iurii Kachkovskyi - stock.adobe.com

Wie das Projekt PowerMem will FemtoPEM PEM-Elektrolyseure effizienter machen – und die Lebensdauer von Elektrolyseuren erhöhen. Allerdings setzt FemtoPEM nicht wie PowerMem bei der Polymerelektrolytmembran an, sondern bei den Transportschichten des Elektrolyseurs. Diese Schichten braucht es, um das bei der Elektrolyse zu spaltende Wasser der Katalysatorschicht zuzuführen, in der die Wasserspaltung stattfindet. Die porösen Transportschichten müssen den Hintransport des Wassers, den Abtransport des produzierten Gases und die elektrische Kontaktierung der Elektrode sicherstellen. Damit beeinflussen sie entscheidend die Effizienz von Elektrolyseuren. FemtoPEM will die Transportschichten optimieren, indem das Projekt einerseits neue Technologien der Materialbearbeitung testet sowie andererseits neue Materialbeschichtungen. Weitere Infos folgen in Kürze.

Langtitel: Femtosekundenlaser-Strukturierung und Oberflächenfunktionalisierung zur Minimierung der elektrischen Kontakt- und Massentransportwiderstände bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer von Protonenaustauschmembran(PEM)-Wasserelektrolyseuren

Förderkennzeichen: 03SF0612A–C

Gesamtfördersumme: ca. 1,2 Mio. Euro

Partner: Leibniz Universität Hannover (Koordination), Institut für Solarenergieforschung GmbH, Technische Universität Clausthal

Projektlaufzeit: 01.03.2021 – 29.02.2024

Kontakt in das Projekt:

Prof. Dr.-Ing. Richard Hanke-Rauschenbach
Koordinator des Projekts FemtoPEM
Leibniz Universität Hannover

+49 (0) 511 762-14401 
 

AEMready: Bessere Elektroden- und Katalysatoren-Materialien für die AEM-Elektrolyse

Das Foto zeigt grün-türkisen Dampf vor schwarzem Hintergrund.
Foto: ©tashechka - stock.adobe.com

Drei Arten der Wasserelektrolyse wird das Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga bereit fürs Fließband machen: die PEM-​Elektrolyse (PEM = Proton Exchange Membrane, zu Deutsch: Protonenleitende-​Membran-Elektrolyse), die alkalische Elektrolyse (AEL) und die Hochtemperatur-​Elektrolyse (HTEL). Dabei gibt es noch weitere Arten der Wasserelektrolyse: beispielsweise die Elektrolyse mit anionenleitender Membran (AEM-Elektrolyse, Anion Exchange Membrane). Wäre auch sie industriell einsetzbar, hätte sie viele Vorteile gegenüber ihren Alternativen. So kommt die AEM-Elektrolyse ohne Edelmetalle aus – und könnte trotzdem hocheffizient arbeiten. Dadurch könnten die Wasserstoffgestehungskosten künftig deutlich sinken. Bis AEM-Elektrolyseure allerdings industriell einsetzbar sind, braucht es noch umfangreiche Forschung und Entwicklung. Dieser widmet sich das Projekt AEMready. Es will die Effizienz und Lebensdauer von AEM-Elektroden durch Materialentwicklung steigern. So entwickelt es verbesserte AEM-Elektroden- und Katalysatoren-Materialien, die Industriepartner anschließend testen. Weitere Infos folgen in Kürze.

Langtitel: Alkalische Elektrolyse mit Membran: Hocheffiziente edelmetallfreie Katalysatoren, stabile Binder-Ionomere und effektives Elektrodendesign

Förderkennzeichen: 03SF0613A-D

Gesamtfördersumme: ca. 4,2 Mio. Euro

Partner: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (Koordination), Siemens Energy Global GmbH & Co. KG, Technische Universität Berlin, Technische Universität Chemnitz

Projektlaufzeit: 01.03.2021 – 29.02.2024

Kontakt in das Projekt:

Dr.-Ing. Severin Vierrath
Koordinator des Projekts AEMready
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

+49 (0) 761 203-54060

H2Meer: Wie sich Grüner Wasserstoff aus Meerwasser herstellen lässt

Das Bild zeigt einen Elektrolyseur auf dem Meer, umgeben von Windrädern.
Animation: ©AA+W - stock.adobe.com

Deutschland wird auch langfristig auf Energie-Importe angewiesen sein. Einen Großteil des Grünen Wasserstoffs muss Deutschland daher aus wind- und sonnenreichen Regionen der Welt einkaufen - zum Beispiel aus West- und Südafrika. In vielen afrikanischen Staaten herrscht jedoch Wasserknappheit. Damit die Produktion von Grünem Wasserstoff den Wasserstress vor Ort nicht weiter erhöht, könnte zukünftig Grüner Wasserstoff direkt aus Meerwasser hergestellt werden. Allerdings ist diese Technologie noch weit von der Anwendung entfernt. Im Rahmen des Projekts H2Meer sollen daher zunächst stabile Materialien und Komponenten für die Meerwasser-Elektrolyse entwickelt und der optimierte Betrieb von Meerwasser-Elektrolyseuren erforscht werden. Funktioniert die Elektrolyse von Meerwasser zukünftig im Industriemaßstab, ließe sich auch die Wasserstoff-Produktion direkt auf See kostengünstiger umsetzen. Deswegen bezieht auch das Wasserstoff-Leitprojekt zur Offshore-Produktion das Thema Meerwasseranalyse mit in seine Forschung ein. Weitere Infos folgen in Kürze.

Langtitel: Effiziente, selektive und flexible Erzeugung von Wasserstoff (H2) aus Meerwasser

Förderkennzeichen: 03SF0611A-E

Gesamtfördersumme: ca. 3,7 Mio. Euro

Partner: TU Berlin (Koordination), Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Forschungszentrum Jülich GmbH – Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg, Alantum Europe GmbH, Hahn-Schickard-Gesellschaft

Projektlaufzeit: 01.03.2021 – 29.02.2024

Kontakt in das Projekt:

Prof. Dr. Peter Strasser
Koordinator des Projekts H2Meer
Technische Universität Berlin

+49 (0)30 3142-2261

H2Demo: Wie Solarmodule direkt Grünen Wasserstoff herstellen können

Das Foto zeigt ein Solarkraftwerk auf einer Wiese vor einem Sonnenuntergang.
Foto: ©tope007 - stock.adobe.com

Bisher erfolgt die Produktion von Grünem Wasserstoff in zwei Schritten: Erst wird Energie beispielsweise von Wind und Sonne in Strom umgewandelt, dann betreibt dieser Strom Wasser-Elektrolyseure, die Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff spalten. Das Projekt H2Demo will diese beiden Schritte vereinen – und Sonnenenergie direkt zur Wasserstoff-Erzeugung nutzen. Dazu braucht es Solar-Module, die eine ausreichend hohe Spannung (> 1.6 Volt) erzeugen, um Wasser direkt zerlegen zu können. Solche will H2Demo fertigen – erst im Labor, später auch in ersten Demonstratoren. Weitere Infos folgen in Kürze.

Langtitel: Entwicklung von Demonstratoren zur direkten solaren Wasserspaltung

Förderkennzeichen: 03SF0619A–K

Gesamtfördersumme: ca. 14,5 Mio. Euro

Partner: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. – Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Koordination), Technische Universität Ilmenau, Universität Ulm, Technische Universität München, Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), Philipps-Universität Marburg, HQ Dielectrics GmbH, SEMPA Systems GmbH, Plasmetrex GmbH, LayTec AG, AZUR Space Solar Power GmbH

Projektlaufzeit: 01.12.2020 – 28.02.2026

Kontakt in das Projekt:

Dr. Frank Dimroth
Koordinator des Projektes H2Demo
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

+49 (0) 761 4588-5258

Wasserstoffatlas-D: Wie Deutschland im Bereich Wasserstoff aufgestellt ist

Das Bild ist eine Fotomontage. Es zeigt eine Deutschlandkarte mit mehreren markierten Punkten, auf die zwei Finger zeigen.
Fotomontage: ©vegefox.com - stock.adobe.com

Klar ist: Deutschland will konsequent in die Wasserstoffwirtschaft einsteigen. Unklar ist allerdings, wo Deutschland dabei heute steht. Das Projekt Wasserstoff-Atlas-D will das ändern: Ziel des Projekts ist eine ständig aktualisierte, interaktive Karte, die Wertschöpfungsketten von Grünem Wasserstoff und den Bestand aller deutschen Power-to-X-Anlagen darstellt. Zusätzlich wird der Atlas auch sektorenspezifische Verbräuche (Strom, Gebäude, Verkehr, Industrie) abbilden und Benchmarks wie Kosten und Emissionen für Wasserstoff- und Power-to-X-Verfahren ausgeben. Damit soll der Atlas Entscheidungsträgern bei der Informationsgewinnung dienen. Bei der Erstellung der Weban­wendung werden Sektorenkopplungsmodelle aus dem Kopernikus-Projekt P2X und die Erkenntnisse aus dem Verbundprojekt TRIO herangezogen und implementiert. Weitere Infos folgen in Kürze.

Langtitel: Wasserstoff- und PtX-Wertschöpfungsketten in Deutschland: Berechnung und Visualisierung von Bestand, Potenzial, Kosten und CO2-Einsparung auf regionaler Ebene

Förderkennzeichen: 03EW0013A-B

Gesamtfördersumme:   ca. 0,7 Mio. Euro

Partner: Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg – Forschungsstelle für Energiespeicher und Energienetze (FENES, Koordination), Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA)

Projektlaufzeit: 01.01.2021 – 31.12.2023

Kontakt in das Projekt:

Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner
Koordinator des Projekts Wasserstoffatlas-D
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg

+49 (0) 941 943-9888