Wasserstoff: Kleine Moleküle, großes Potenzial

Auf See herrschen beste Bedingungen zur kostengünstigen und nachhaltigen Erzeugung von Strom und Wasserstoff. Das Leitprojekt H₂Mare erforscht die Offshore-​Erzeugung von grünem Wasserstoff mithilfe völlig neuer Anlagentypen – Offshore-Windenergieanlagen mit integriertem Elektrolyseur zur direkten Wandlung des elektrischen Stroms.

Im Leitprojekt H₂Giga bringen Fraunhofer-Institute bestehende Elektrolyse-Technologien und Methoden zur seriellen Herstellung. Ziel der Nationalen Wasserstoffstrategie ist der Aufbau von mindestens 10 Gigawatt Elektrolysekapazität bis 2030. Dafür braucht es skalierbare Elektrolyseure.

Im Projekt »H₂ Companion« bauen und erproben Fraunhofer-Institute unter anderem Elektrolysekapazitäten in zwei Modellregionen Grüner Wasserstoff in Baden-Württemberg. Das Monitoring verfolgt die Entwicklung von Elektrolysetechnologien in wissenschaftlichen, technischen und ökonomischen Dimensionen.

Die deutschen Klimaziele erfordern den Aufbau großer Kapazitäten an Elektrolyseuren. Im Projekt »SkalPro« wird eine Herstellungsroute entwickelt und erprobt, die es ermöglicht, hochaktive Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse in großen Stückzahlen und kostengünstig herzustellen. Schwerpunkte sind skalierbare Produktion, rohstoffschonende Prozessschritte und hochaktive und langzeitstabile Elektroden.

Mit der Kraft der Sonne erzeugter Wasserstoff könnte in Zukunft weitreichend fossile Energieträger ersetzen und zur Senkung der CO₂-Emissionen beitragen. Im Verbundprojekt »Neo-PEC« haben Fraunhofer-Fachleute ein Tandem-Modul entwickelt, das autark und sicher solar erzeugten, grünen Wasserstoff produziert.

Im Projekt »OffsH2ore« hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Partnern ein technisches Konzept und Design für eine offshore-optimierte H₂-Erzeugungsanlage entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wasserstofferzeugung direkt auf dem Meer mit einem PEM-Elektrolyseur technisch und ökonomisch machbar ist.

Wissenschaft und Industrie sehen großes Potenzial in der alkalischen AEM-Elektrolyse. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM und der Elektrolyseur-Hersteller Sunfire erproben im Projekt »Integrate« die vielversprechende Technologie in einer industriellen Größenordnung.

Für den Hochlauf einer Wasserstoffwirtschaft ist die Entwicklung einer Speicher- und Transportinfrastruktur essenziell. Das Wasserstoff-Leitprojekt TransHyDE erarbeitet Lösungen, wie effiziente und resiliente Wasserstoff-Infrastrukturen beschaffen sein sollten.

Wie kann Deutschland auch in Zukunft seinen Energiebedarf durch Importe von grünem Wasserstoff decken? Im Projekt »HyPat« arbeiten Fraunhofer-Institute mit Partnern an einem globalen Wasserstoffatlas, der Überblick über zukünftige Produktions- und Importländer gibt – unter Berücksichtigung der techno-ökonomischen, sozialen und wirtschaftlichen Besonderheiten.

Das Konsortium »HYPOS« nutzt überschüssige Energie aus Photovoltaik und Windparks zur Elektrolyse, um grünen Wasserstoff im großtechnischen Maßstab für energietechnische Anwendungen zu erzeugen und die Wetterabhängigkeit der Stromversorgung zu minimieren

Im Fokus des Projekts »Hydrogen for Bremen’s Industrial Transformation« (hyBit) steht der Aufbau von Wasserstoffzentren in Norddeutschland. Solche Wasserstoff-Hubs kombinieren Erzeugung, Verarbeitung, Lieferung, Lagerung sowie den Endverbrauch von Wasserstoff.

Neben der Speicherung von Wasserstoff in Behältern oder Röhren bietet auch der geologische Untergrund Möglichkeiten. Ob diese Optionen den hohen technologischen Sicherheitsanforderungen entsprechen und wie sie innerhalb der Infrastrukturkette genutzt werden, untersuchen Forschende im Vorhaben »H₂-Sponge».

Das Fraunhofer ISC entwickelt einen kugelförmigen Hochdrucktank für die Wasserstoffspeicherung. Im Gegensatz zu zylinderförmigen Tanks erlaubt diese Bauweise erhebliche Material-, Gewichts- und Kosteneinsparungen. Der Tank aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen nutzt automatisierbare Verfahren. Eine integrierte Wasserstoffdiffusionssperre optimiert Leistung und Nachhaltigkeit, während die Fasern nach der Nutzung recycelt werden können.

In der Stahlindustrie kann die CO₂-Entstehung bei der Rohstahlproduktion durch Wasserstoff in einem Direktreduktionsverfahren um bis 95 Prozent gegenüber der heutigen Hochofenroute reduziert werden. Das zeigen Forschende im Rahmen des Projekts »MACOR« in Kooperation mit der Salzgitter AG.

Viele Regionen der Welt bieten gute Bedingungen für die Produktion von grünem Wasserstoff sowie regenerativ erzeugten synthetischen Kraft- und Brennstoffen. Wie groß die jeweiligen Potenziale im Detail sind, zeigt der erste globale Power-to-X-Atlas vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE.

Südafrika könnte in den kommenden Jahren eine Schlüsselrolle als Produzent von grünem Wasserstoff spielen. Das Verbundprojekt »HySecunda« will Lösungen zur Herstellung, Speicherung und Zertifizierung von grünem Wasserstoff finden. Hierzu entwickeln die Forschenden Infrastrukturen sowie praxisrelevante und skalierbare Lösungen zur grünen Wasserstoffproduktion in Südafrika.

Der Standort ist beim Ausbau von Power-to-Hydrogen-Anlagen von zentraler Bedeutung, denn lokale Gegebenheiten wirken sich stark auf das ökonomische und ökologische Potenzial aus. Der im Projekt »PoWerD« entwickelte Online-Atlas unterstützt Unternehmen bei der Standortsuche für Elektrolyseure und gibt Projektentwicklern für Wasserstoffanlagen ein einfaches Planungstool an die Hand.

Im Projekt »HyTrust« wird untersucht, wie Datentreuhandmodelle (DTM) in der Wasserstoffwirtschaft umgesetzt werden können. Ziel ist es, ein neutrales DTM mit einem tragfähigen Geschäftsmodell im Anwendungskontext Wasserstoffwirtschaft zu entwickeln.

Das »H₂GO«-Konsortium treibt die industrielle Skalierung der Produktion von Brennstoffzellen in Deutschland voran. Im Fokus steht der straßengebundene Schwerlastverkehr, für den eine robuste und kostengünstige Antriebsalternative erschlossen werden soll.

Im Projekt »BeWiSer« wird das Potenzial biogener Rohstoffe in der Stahlproduktion untersucht, um fossile Energieträger zu ersetzen und Restemissionen in einem wasserstoffbasierten Prozess zu reduzieren. Eine Demonstrationsanlage dient der Validierung des Prozesses.

Im Norddeutschen Reallabor (NRL) werden acht Elektrolyseure betrieben, die fossile Energieträger in industriellen Prozessen durch Wasserstoff bzw. dessen Folgeprodukte ersetzen sollen. Im Fokus stehen auch Abwärmenutzung und Mobilitätslösungen.

Der Hydrogen Grand Prix 2025 verknüpft Wasserstoff mit Motorsportfeeling. Für das internationale Event entwickeln Schülerinnen und Schüler mit Lehrern und Lehrerinnen gemeinsam renntaugliche, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge im Maßstab 1:10 und lassen sie gegeneinander antreten. Fraunhofer richtet den Vorentscheid und das weltweite Finale im August in Chemnitz aus.

Während bereits erste Wasserstoff-Autos über deutsche Straßen fahren, ist der bisher übliche Drucktank für E-Scooter nicht handhabbar. Die Alternative: POWERPASTE ist ein chemischer Wasserstoffspeicher mit extrem hoher Speicherdichte für PEM-Brennstoffzellen-Anwendungen und erzeugt gasförmigen Wasserstoff beim Kontakt mit Wasser.