65 Millionen Tonnen Wasserstoff werden pro Jahr weltweit herstellt – 96 Prozent durch Dampfreformierung von Erdgas, 4 Prozent durch Wasserelektrolyse. Hintergrund: Noch ist die elektrochemische Gewinnung von Wasserstoff weniger kostengünstig als die fossile Konkurrenz und daher nur in Nischen wirtschaftlich. Geht es nach internationalen Klimaschutz-Expert*innen, wird sich das in Zukunft ändern. Sie sehen in der grünen Wasserstoffwirtschaft eine große Problemlösungskraft.
Beispiel Deutschland. Die großtechnische Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse und seine Nutzung im Energie- und Industriesystem läuten gemeinsam mit der Sektorenkopplung die dritte Phase der Energiewende ein. Für die Praxis bedeutet das: Spätestens ab 2025 müssen innovative elektrochemische Energiewandler in Deutschland anwendungs- und marktreif sein.
Wasserstoff als Energieträger
Bei diesen sogenannten Elektrolyseuren handelt es sich um kompakte Stacks von Einzelzellen, die aus einer spezifischen Kombination von Membran-, Elektroden- und Katalysator-Schichten bestehen. An den Materialverbunden laufen unterschiedliche elektrochemische Reaktionen ab. Sie wandeln elektrische Energie in Wasserstoff als Energieträger oder auch in Chemikalien wie Synthesegas für die chemische und die Kraftstoffindustrie.
Aktuell ist dieser Prozess aufgrund hoher Investitionskosten nicht wirtschaftlich. Kostentreiber sind in erster Linie teure Materialien sowie ihr aufwendiger Aufbau aus einer Vielzahl verschiedener Schichten. Um die Technologie wettbewerbsfähig zu machen, müssen zentrale Komponenten von Elektrolyseuren deutlich weiterentwickelt werden – mit Blick sowohl auf die Materialien als auch deren Struktur und Fertigung.
Neue Systeme und Materialien für die Elektrolyse
Hier setzt das Fraunhofer UMSICHT an: Wir arbeiten an der Industrialisierung der Wasserstoffelektrolyse, indem wir neue Materialien und Systeme entwickeln und herstellen – angefangen bei Katalysatoren über Elektroden bis zu Brennstoffzellen und Stacks.
Forschung und Entwicklung
- Elektro-Katalysatorentwicklung für Wasserstoff- und Co-Elektrolyse
- Katalysator-Scale-up für Downstream-Prozesse
- Bipolarplatten und -elektrodenentwicklung
- Dichtungsfreie Stackkonzepte
- Hochdruckelektrokatalyse
Dienstleistungen
- Elektrochemische Testung von Materialien und Elektroden
- Herstellung von Testelektroden/Materialverarbeitung
- Katalysatorsynthese
Unsere Stärke: Wasserstoff aus einer Hand
Das Besondere: Wir liefern grünen Wasserstoff aus einer Hand und bieten Stack-Entwicklung vom Material bis zum fertigen Produkt. Dazu gehört die Herstellung neuer, sowohl edelmetallhaltiger als auch edelmetallfreier Katalysatoren ebenso wie der Retrofit bestehender Katalysatorsysteme. Darüber hinaus entwickeln wir – maßgeschneidert auf den jeweiligen Anwendungszweck – Elektroden. Dabei setzen wir auf Thermoplast-basierte Bipolarplatten, die kosteneffizient im kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil der Thermoplast-Basis: Wir sind in der Lage, Stacks zu verschweißen und dichtungsfrei zu bauen.