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Solarzellen, Windräder und Hydrogen Gebäude auf grüner Wiese

Um die Energiewende zu schaffen, benötigen zukünftige Energieversorgungssysteme einen noch stärkeren Ausbau an erneuerbaren Energien, wie Photovoltaik (PV) oder Windkraft, wobei diese Technologien ihre Performance, Zuverlässigkeit und Flexibilität weiter steigern müssen. Darüber hinaus werden saubere, praxiserprobte Lösungen zur Sektorkopplung benötigt. Wasserstoff kann hier als zentrale Brücke zwischen dem intermittierenden Strom aus PV oder Wind und dem immer noch dominierenden kohlenwasserstoffbasierten Energiesystem fungieren, indem er den Transport und die saisonale Speicherung von Energie im erforderlichen Kapazitätsbereich ermöglicht; wasserstoffbasierte Technologien, wie Großspeicher, Elektrolyseure, Brennstoffzellen oder Gasmotoren sind schon heute ein wichtiges Element im Technologiespektrum der Energiewirtschaft.

Im Gegensatz zur heute vorherrschenden Produktion aus fossilen Brennstoffen, wird "grüner Wasserstoff" völlig ohne CO2-Emissionen durch die Elektrolyse von Wasser mit erneuerbarem Strom, hergestellt und kann zur langfristigen Energiespeicherung und zur Dekarbonisierung von Transport, Beheizung und industriellen Prozessen wie der Stahl- und Zementherstellung verwendet werden. Es kann sogar mit abgeschiedenem CO2 kombiniert werden, um kohlenstoffneutrale Brennstoffe oder chemische Rohstoffe herzustellen. Es herrscht daher das Credo, dass die weltweite Dekarbonisierung ohne grünen Wasserstoff langfristig nicht erfolgen kann, jedoch dafür Terrawatts an Erneuerbarer Energien benötigt werden.

Fokus der Forschungsaktivitäten

Fehleinschätzungen, derzeitiges Marktversagen und Fragmentierung verhindern, dass sauberer Wasserstoff sein volles Potenzial als fehlendes Glied in einem integrierten, nachhaltigen und sauberen Energiesystem erreicht. Erhebliche Anstrengungen in der Forschung und Entwicklung sind notwendig, um Effizienz, Kosten, Haltbarkeit und Herstellbarkeit sowohl von sauberem Wasserstoff als auch von Technologien und Systemen für erneuerbare Energien weiter zu verbessern.

In der Wertschöpfungskette der Wasserstoffumwandlung ist die kosteneffiziente Wasser-Elektrolyse das fehlende Glied. Beispielsweise müssen die Kosten für Protonen-/Anionen-Austauschmembran-Elektrolyse-Systeme (PEM/AEM) durch Skalierung und Umstellung auf nachhaltige, edelmetallarme Materialien gesenkt werden, wobei Hochtemperatur-Festoxid-Elektrolysezellen (SOECs) oder direkte photo-elektrochemische Umwandlungsrouten bis zur kommerziellen Demonstration entwickelt werden müssen.

In Bezug auf erneuerbare Elektrizität aus PV-Systemen sind Performance und Zuverlässigkeit der Schlüssel zum Aufbau und Erhalt eines verlässlichen und bezahlbaren Stromsektors. Daher müssen neuartige Degradationsmechanismen von PV-Komponenten im Zusammenspiel mit neuen Applikationen, Anwendungen und Wetterbedingungen verstanden und berücksichtigt werden, während die Planung, der Betrieb und die Wartung (O&M) von PV-Kraftwerken vollständig digitalisiert werden müssen, um die Stromgestehungskosten (LCOE) weiter zu senken.

Methoden

  • Experimentelle und simulationsbasierte Entwicklung von Technologien, Modulen und Systemen
  • Fortgeschrittene Präqualifikation, Tests und Validierung
  • Entwicklungsschwerpunkt TRL 3-7 ("from lab to demo")