Wasserstofftechnologien

Was sind Wasserstofftechnologien und warum bieten sie enormes wirtschaftliches Potential? 

Wasserstofftechnologien sind Technologien, die Wasserstoff als Energieträger nutzen. Sie umfassen die Produktion, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff als alternative Energiequelle zu fossilen oder nuklearen Energiequellen. Wasserstofftechnologien spielen nicht nur eine zentrale Rolle beim Erreichen der Klimaschutzziele, sondern bergen zudem ein enormes wirtschaftliches Potenzial für Deutschland. Dazu muss es jedoch gelingen, internationaler Vorreiter bei deren Entwicklung zu werden. Null-Emissions-Technologien würden nicht nur für die deutsche, sondern auch für die europäische Wirtschaft neue Wertschöpfungs- und Exportpotenziale generieren und darüber hinaus zur Dekarbonisierung auch in anderen Regionen der Welt beitragen.

Damit Deutschland als Industrienation zugleich Klimavorreiter werden kann, muss der hiesige Markthochlauf von Wasserstofftechnologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette – also von der Erzeugung über die Speicherung und den Transport bis hin zu den Anwendungen – gelingen. Das schließt insbesondere den Aufbau einer qualifizierten und effizienten Zulieferindustrie für die wirtschaftliche Massenfertigung von Wasserstoffsystemen wie Elektrolyseuren und Brennstoffzellen mit ein.

Was tragen wir zum Markthochlauf von Wasserstofftechnologien bei?

Als national führendes Kompetenzzentrum für die Auslegung, Produktion und den Test von Wasserstoffsystemkomponenten entwickeln wir neue, nachhaltige Lösungen, die sukzessive eine Wettbewerbsfähigkeit von Wasserstoff realisieren und schließlich die nationale Wertschöpfung sichern. Dies geschieht in enger Kooperation mit der Industrie und anderen Forschungspartnern und unter Nutzung unserer ausgeprägten Forschungsexpertise.

Aktuelles

Schulung

Weiterbildung zum Thema »Produktion von Wasserstoff-Systemen«

Learning-Lunch, 18.06.2024

Fraunhofer Woche des WasserstoffWissens

Am 2. Tag der Learning Lunch-Reihe diskutieren wir zum Thema:
Wasserstoff: Chancen für die Wertschöpfung und Fabriken der Zukunft?

Werden Sie Teil des Teams.

Forschen Sie mit uns an Wasserstofftechnologien!

Unsere Tätigkeitsschwerpunkte im Bereich Wasserstofftechnologien

© Fraunhofer IWU / KI-generiertes Bild Adobe-Firefly

Netzwerken und Weiterbilden

Nur wenn die verschiedenen Akteure entlang der Wertschöpfungskette miteinander vernetzt sind und zusammenarbeiten, wird die effiziente und koordinierte Entwicklung, Produktion und Nutzung von Wasserstoff möglich. Um diese Vernetzung zu erleichtern, arbeiten wir im Rahmen des nationalen Aktionsplans Brennstoffzellen-Produktion daran, eine Wertschöfpungsgemeinschaft auf- und auszubauen. Sammel- und Austauschplattformen sind dabei die beiden Referenzfabriken:

  • Referenzfabrik.H2 (für Brennstoffzellen- und Elektrolyseur-Produktion)
  • FRHY - Referenzfabrik für hochratenfähige Elektrolyseurproduktion

Ein wesentlicher Aspekt auf dem Weg zur Verbreitung von Wasserstoff als Energieträger in unterschiedlichen Branchen ist ein wachsendes Verständnis für die Produktion von Wasserstoffsystemen. Hierzu leisten wir unseren Beitrag unter anderem mittels des Weiterbildungsangebots der »Fit4H2 – Schulung: Produktion von Wasserstoffsystemen«. 

© Fraunhofer IWU

Brennstoffzellen-Produktion hochfahren

Um eine wirtschaftliche, hochratenfähige Fertigung von Brennstoffzellen zu ermöglichen, entwickeln wir neue Lösungen zur Steigerung der Herstellungsmengen und zur Senkung der Fertigungskosten.

Die Bipolarplatte bildet einen Kernbestandteil des Brennstoffzellenstacks. Um deren Massenfertigung zu unterstützen, forschen wir an innovativen Umform-, Schneid- und Fügetechnologien, welche deutlich geringere Taktzeiten beim Fertigungsprozess erlauben. Die Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses im Blick, widmen wir uns in unserer Forschung auch der Kreislaufwirtschaft für Brennstoffzellen. Wir entwickeln dazu verschiedene Produktdesigns und effiziente Montage- sowie Demontageprozesse für Brennstoffzellen-Stacks.

Die Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses im Blick widmen wir uns in unserer Forschung auch der Kreislaufwirtschaft für Brennstoffzellen. Wir entwickeln dazu verschiedene Produktdesigns und effiziente Demontageprozessen für Brennstoffzellen-Stacks.

© Fraunhofer IWU / Referenzfabrik.H2

Elektrolyseur-Produktion forcieren

Die Brennstoffzelle und der Elektrolyseur gehen natürlich Hand in Hand, daher ist unerlässlich, auch die Elektrolyseur-Produktion auf ein hochratenfähiges Niveau zu heben.

Hierzu entwickeln wir das Hy-Ventus als neuartigen Elektrolyseur-Stack, der speziell für die hochratenfähige industrielle Massenfertigung konzipiert ist. Er ist für verschiedene Nutzungsszenarien geeignet und verfügt über einen guten Wirkungsgrad. Somit stellt er eine ausgezeichnete Lösung hinsichtlich verschiedener Zielkorridore: Verfügbarkeit, Leistung, Größe, Wirkungsgrad, Lebensdauer und Kosten dar. Diese Entwicklung findet im Rahmen der Referenzfabrik.H2 statt.

© Fraunhofer IWU / Anne Laue

Speicherung von Wasserstoff verbessern

Bei der Speicherung von Wasserstoff müssen unterschiedliche Aspekte wie Druck, Diffusion und Sicherheit beachtet werden.

Wasserstoff kann bei hohem Druck gespeichert werden, z.B. in Gasflaschen oder Drucktanks. Ein sicherer Druckbehälter ist dabei erforderlich, denn Wasserstoff ist ein sehr kleines Molekül und kann leicht durch Materialien wie Metalle oder Kunststoffe diffundieren. Eine gute Abdichtung und regelmäßige Überprüfung auf Leckagen sind wichtig, da Wasserstoff leicht entflammbar ist und in Anwesenheit von Sauerstoff oder anderen brennbaren Substanzen explodieren kann. 

Wir widmen uns am Standort Chemnitz der Erforschung von Materialien wie Towpregs, die sich für die Herstellung von sicheren Wasserstofftanks eignen. Zudem untersuchen und evaluieren wir am Hydrogen Lab Görlitz bestehende Röhrenspeicher für deren Tauglichkeit im Einsatz der Speicherung von Wasserstoff. 

© Fraunhofer IWU

Mit H2-Technologien Sektoren koppeln

Wie Wasserstoff für den klimaneutralen Fabrikbetrieb in der Praxis nutzbar gemacht werden kann, daran forschen wir im Projekt »Clean Energy City«. 

Ziel dabei ist es, mit wasserstoffbasierte Energieversorgungskomponenten zur stationären Nutzung in Fabriken der industriellen Produktion zu entwickeln. Dabei werden alle Schritte von der Planung, Integration und Inbetriebnahme sowie dem Betrieb abgedeckt.

Wasserstoff in Strukturwandelregionen nutzen - Beispiel Lausitz 

Wasserstoff bietet die Möglichkeit, den Energiebedarf in der Lausitz bereits bis 2030 signifikant zu dekarbonisieren. Das ist eines der Ergebnisse einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU für den Auftraggeber Zukunftswerkstatt Lausitz. Unter Betrachtung aller potentiellen Wasserstoffverbraucher könnte bis 2030 der Gesamtbedarf an Wasserstoff in der Wirtschaftsregion Lausitz auf 160.000 Tonnen pro Jahr ansteigen. Untersucht wurde, in welchem Maße aus erneuerbarem Strom gewonnener, sogenannter grüner Wasserstoff fossile Energieträger in der Lausitz ersetzen kann.

Während in den Bereichen Gebäude und Industrie Wasserstoff sukzessive fossiles Erdgas ersetzen kann, bieten sich im Verkehrssektor zahlreiche Optionen wie z. B. Wasserstoff-Brennstoffzellenantriebe oder synthetische Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren an. Für das Jahr 2030 geht die Studie u.a. von einem Anteil von 5% Brennstoffzellen-PKW, 32,5% Brennstoffzellen-Bussen und einem 20%-Anteil Wasserstoff im Erdgasnetz aus. Um das Bedarfspotential von 160.000 Tonnen pro Jahr zu erreichen, wäre eine installierte Elektrolyseleistung von über 1.500 Megawatt erforderlich.