Projekt-Übersicht: Produktion
Welche Grundlagen-Forschungsprojekte zum Thema Wasserstoff-Produktion forschen

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

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 altern und damit die Effizienz der Elektrolyse senken. 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: FZJ HI-ERN (Koordination), Leibniz-Universität Hannover
Projektlaufzeit: 01.01.2021 – 31.12.2023
Kontakt in das Projekt:
Prof. Dr. Simon Thiele
Koordinator des PowerMem Projekts
Forschungszentrum Jülich GmbH - Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg
+49 (0) 9131 85-20843
si.thiele@fz-juelich.de
FemtoPEM: Effiziente Transportschichten für die PEM-Elektrolyse

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 Hin-Transport 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 FemtoPEM Projekts
Leibniz Universität Hannover
+49 (0) 511 762-14401
rhr@ifes.uni-hannover.de
AEMready: Bessere Elektroden- und Katalysatoren-Materialien für die AEM-Elektrolyse

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 AEMready Projekts
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
+49 (0) 761 203-54060
severin.vierrath@imtek.uni-freiburg.de
H2Meer: Wie sich Grüner Wasserstoff aus Meerwasser herstellen lässt

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 auch 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 – Helmholz-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 H2Meer Projekts
Technische Universität Berlin
+49 (0)30 3142-2261
pstrasser@tu-berlin.de
H2Demo: Wie Solarmodule direkt Grünen Wasserstoff herstellen können

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-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Koordination), TU Ilmenau, Universität Ulm, TU München, Helmholtz Zentrum Berlin, Philipps Univ. 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 H2Demo Projektes
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE
+49 (0) 761 /4588-5258
frank.dimroth@ise.fraunhofer.de
Wasserstoffatlas-D: Wie Deutschland im Bereich Wasserstoff aufgestellt ist

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 Wasserstoffatlas-D Projekts
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
+49 (0) 941 / 943-9888
michael.sterner@oth-regensburg.de