H2Forschung

Extremwetter, Eisschmelze, Waldbrände: Die Klimakrise begegnet uns täglich in den Nachrichten. Bei der notwendigen Umstellung auf eine Wirtschaft mit weniger CO₂-Emissionen könnte Wasserstoff (H₂) eine Hauptrolle spielen. Als traditionelle Energie- und Industrieregion ist das Ruhrgebiet bestens darauf vorbereitet, einen wichtigen Beitrag für den Umstieg auf eine H₂-Ökonomie zu leisten. Die Akteure, die sich im H₂O-netzwerk-ruhr zusammengefunden haben, wissen schon längst: Wasserstoff ist die neue Kohle. Treiber für den Wandel der Wirtschaft sind Institute, die Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung im Bereich der H₂O-Technologien betreiben. Einige führende Forschungsinstitute finden sich in der Metropole Ruhr.

Die Basics: Warum Wasserstoff-Technologien so gefragt sind

Wasserstoff kann durch Wasserspaltung (Elektrolyse) gewonnen werden, bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Wird bei der Elektrolyse Strom aus erneuerbaren Energien verwendet, ist das ein praktisch emissionsfreies Verfahren. H₂ hat hervorragende Eigenschaften als Treibstoff und Energiespeicher. In einer Brennstoffzelle kann er wieder in Energie umgewandelt werden, um zum Beispiel Fahrzeuge anzutreiben. Viele Expert*innen glauben, dass wir die Klimakrise nur in den Griff bekommen können, wenn wir möglichst schnell eine Wasserstoff-Wirtschaft aufbauen. Die im Juni von der Bundesregierung beschlossene Nationale Wasserstoffstrategie soll helfen, die Technologie alltagstauglich zu machen. Hier stellen wir fünf Institute vor, die im Ruhrgebiet an H₂-Technologien forschen.

1. Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH, Duisburg

Das ZBT, das zur Universität Duisburg-Essen gehört, ist eines der führenden europäischen Forschungseinrichtungen für Wasserstofftechnologien und Brennstoffzellen. Die Forscherteams im ZBT sind gerade alle sehr gefragt, berichtet Geschäftsführer Dr. Peter Beckhaus: „Das Interesse an der Brennstoffzellen-Technologie ist noch einmal deutlich gestiegen, seitdem die Bundesregierung ihre Nationale Wasserstoffstrategie auf den Tisch gelegt hat.“ Vor allem anwendungsnahe Projekte stehen derzeit im Fokus. Ein Beispiel: Wenn Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb fahren sollen, muss Wasserstoff einen sehr hohen Reinheitsgrad haben. Nur wenige Labore weltweit sind in der Lage, H₂ so präzise zu analysieren, wie es die entsprechende ISO-Norm vorschreibt – das Wasserstoffqualitätslabor des ZBT hat entsprechende Analysemethoden entwickelt.

2. Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen

Für Prof. Christian Doetsch, Bereichsleiter Energie beim Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT), ist Wasserstoff der Schlüsselbaustein für die Energiewende. Sein Institut, das gerade 30. Geburtstag feiert, versteht sich als „Wegbereiter in eine nachhaltige Welt“. Die UMSICHT-Teams entwickeln Materialien und Komponenten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen. Dazu gehören neuartige, edelmetallfreie Katalysatoren – beispielsweise als Ersatz für das teure Platin. Diese ermöglichen auch, nicht aufgereinigtes Wasser in Elektrolyseuren einzusetzen, was gerade in weniger entwickelten, aber sonnenreichen Gebieten ein großer Vorteil ist. Das Fraunhofer UMSICHT realisiert auch Projekte der Sektorkopplung. Dabei geht es darum, traditionelle Sektoren wie Wärme- und Stromgewinnung, Industrie und Verkehr als Bestandteile einer ganzheitlichen Wasserstoff-Wirtschaft zu vernetzen.

3. Max-Planck-Institut (MPI) für Chemische Energiekonversion, Mülheim an der Ruhr

Im Juni hat die Bundesregierung ihre H₂O-Strategie vorgestellt und dabei als beratendes Gremium den Nationalen Wasserstoffrat einberufen, der sich aus 26 hochrangigen Expert*innen zusammensetzt. Zum stellvertretenden Vorsitzenden wurde Prof. Robert Schlögl berufen, der Gründungsdirektor des MPI für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr. Für ihn ist Wasserstoff ein unverzichtbarer Partner für erneuerbar produzierten Strom. Denn Wasserstoff mache Ökostrom speicherbar, transportierbar, importierbar und in allen Sektoren einsetzbar. Daher komme Wasserstoff bei der Energiewende eine zentrale Rolle zu. Forschungsschwerpunkte am Institut sind unter anderem die Wasserstoffgewinnung durch Elektrolyse, die Umwandlung von Wasserstoff in andere chemische Produkte und transportable und besser speicherbare Formen, wie z.B. Methanol oder Ammoniak.

4. Westfälisches Energie-Institut, Gelsenkirchen/Recklinghausen/Bocholt

Am Energieinstitut der Westfälischen Hochschule befasst sich die Arbeitsgruppe „Wasserstoffenergiesysteme“ seit über 15 Jahren mit der Entwicklung und Erforschung von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen. Hierbei wurde bereits eine Vielzahl an kleineren und mittelgroßen Prototypen verwirklicht. Schwerpunktthemen der Arbeit sind die Entwicklung von effizienten Stacks („Stapeln“ von in Serie geschalteten Zellen) und kostengünstigen Elektrokatalysatoren. Eine Schlüsselentwicklung des Instituts ist ein neuartiges modulares Stackdesign auf Basis der hydraulischen Verpressung, das in vielen Ländern weltweit patentiert worden ist. Im Rahmen des EU-Projekts „PRETZEL“ arbeitet ein Team an der Umsetzung eines Hochdruck-Elektrolyseurs, der auf diesem Prinzip beruht und bis zu fünf Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde erzeugen kann.

5. Ruhr-Universität Bochum (RUB)

Auch an der RUB beschäftigen sich mehrere Teams mit H₂ Technologien. Prof. Dr. Roland Span vom Lehrstuhl für Thermodynamik ist mit seinem Team Teil des Projekts „Elegancy“ bei dem Wissenschaftler*innen aus verschiedenen Ländern Europas untersuchen, welche Möglichkeiten es für eine europäische Wasserstoffwirtschaft mit möglichst geringem CO₂ Ausstoß gibt. Aus Sicht des Elegancy-Teams könnte „blauer“ Wasserstoff eine Brückentechnologie sein: Er wird durch CO₂ Abscheidung aus Erdgas bei anschließender CO₂ Speicherung gewonnen. Ein anderes Team ist das von Prof. Kristina Tschulik von der Forschungsgruppe für Elektrochemie & Nanoskalige Materialien. Sie forscht unter anderem zu Katalysatoren, die bei der Wasserstoffproduktion ohne Edelmetalle auskommen. Nur sie werden in Zukunft in der Lage sein, die benötigten Brennstoff-Mengen zu bezahlbaren Preisen zu produzieren.

Titelfoto: Wasserstofftechnik-Versuchsstand des ZBT, www.eventfotograf.in / ©JRF e.V.