Startschuss für InnoEly: Fraunhofer HHI forscht an Wasserstofferzeugung der Zukunft

12. August 2021

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) ist mit seiner Abteilung „Faseroptische Sensorsysteme“ am neuen Projekt InnoEly (Innovationslabor Wasserelektrolyse) beteiligt. InnoEly befasst sich mit dem Prozess der Wasserelektrolyse, dem am häufigsten verwendeten Prozess zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Das Forschungsteam arbeitet daran, diesen Prozess effizienter zu gestalten, damit Wasserstoff ein breit einsetzbarer Energieträger der Zukunft werden kann. Das Kooperationsprojekt ist im Mai 2021 gestartet und läuft bis April 2024. Es wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur mit vorerst 1,2 Millionen Euro gefördert.

Um Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, braucht es die sogenannte Wasserelektrolyse. Hier wird Wasser mithilfe elektrischen Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dieser Herstellungsprozess ist sehr energieintensiv. Bei einem stetig steigenden Stromverbrauch ist die Wasserstofftechnologie daher nur umweltschonend, wenn ihr Herstellungsprozess optimiert werden kann.

Hier setzt das InnoEly-Forschungsteam an. Das Team arbeitet daran, den Wirkungsgrad im Elektrolyseprozess zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu reduzieren. Dafür entwickeln die Forschenden eine neuartige Katalysatoreinheit. Es ist das Ziel, den Wirkungsgrad von herkömmlichen Wasserelektrolyseverfahren auf über 75 Prozent zu erhöhen.

Dafür nimmt InnoEly den gesamten Prozess der Wasserstofferzeugung in den Blick. Die Projektpartner entwickeln einen Werkzeugkasten aus Modellierungs- und Charakterisierungskomponenten, die für alle drei relevanten Wasserelektrolysetechnologien einsetzbar sind. Hierzu gehören die alkalische Elektrolyse (AEL), die saure Protonenaustausch-Membran-Elektrolyse (PEMEL) und die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTEL).

Am Beispiel der AEL-Technologie nimmt die Abteilung „Faseroptische Sensorsysteme“ eine gezielte Materialfunktionalisierung vor. Dafür setzt das Team an bereits in der Elektrolyse verwendeten Elektroden und im Projekt von den Partnern neu entwickelten Elektrodenmaterialen an. So werden z.B. Nickelschäume und Trägerplatten für Elektrokatalysatoren von den Forschenden mittels Femtosekundenlaserstrukturierung funktionalisiert. Durch die Strukturierung wird die Wirkung der Elektroden optimiert. Die sogenannte Überspannung, der verlorene Energieanteil, kann hierdurch um bis zu 20 Prozent gesenkt werden. So ist es möglich, die gewonnene Menge an Wasserstoff mit minimalen Optimierungen am vorhandenen System zu steigern. Die dabei hergestellten Elektroden-Komponenten werden im zweiten Schritt charakterisiert. Die erhaltenen Messdaten dienen als Fallbeispiel zur Erprobung und Validierung des Modellierungswerkzeugs.

Am Projekt beteiligt sind neben dem Fraunhofer HHI die Leibniz Universität Hannover, die TU Braunschweig, die TU Clausthal, die Universität Oldenburg, das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme und das Institut für Solarenergieforschung in Hameln ISFH.