Großer Forschungsbedarf bei der Produktion von Wasserstoff

Zur Herstellung von grünem Wasserstoff sollen unterschiedliche Erzeugungsverfahren weiterentwickelt und etabliert werden. Hierzu zählen sowohl Elektrolyseure mit unterschiedlichen Technologien als auch vielversprechende Alternativen, zum Beispiel strombasierte, solare, biologische beziehungsweise biochemische oder thermische Verfahren.

Förderfähige Forschungsinhalte bei der Produktion von Wasserstoff und Derivaten

Gefördert werden innovative Ansätze von der Entwicklung und Qualifizierung von Materialien über Komponenten und Anlagen bis hin zum Pilotbetrieb von Anlagen zur Herstellung von Wasserstoff und seinen Derivaten in unterschiedlichen Einsatzbereichen. Betrachtet werden auch periphere Aggregate für die Kopplung von Systemen, wie Armaturen, Sicherheitseinrichtungen, Verdichter sowie Anlagen zur Gasaufbereitung. Parallel werden die Vorbereitung der Skalierung von Systemen sowie Methoden zur Automatisierung und Serienfertigung unterstützt.

Modellierungsarbeiten unterstützen die Qualifizierung besser geeigneter Materialien, um zum Beispiel kritische Rohstoffe, wie Platin oder Iridium, oder umweltschädliche Stoffe, wie PFAS, zu substituieren. Gleichzeitig sollen die neuen Materialien beständig und leistungsfähig sein.

Intelligente, digitale Lösungen können die Betriebsführung von Anlagen im Rahmen eines größeren Energiesystems überwachen und optimieren. Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit sind entscheidende Faktoren für den Erfolg der Technologien und einen erfolgreichen Transfer in die Praxis.

Bei allen Technologien wird auf Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit Wert gelegt: Innovative Verfahren können die Ökobilanz verbessern und zum ressourceneffizienten Recycling beitragen, techno-ökonomische Analysen zeigen Zusammenhänge auf und vergleichen Technologien systematisch.

Ziele der Entwicklung sind Wartungsarmut und eine lange Lebensdauer der Anlagen. Konzepte zur Integration von Anlagen, bei denen die Abwärme oder die entstehenden Reaktionsgase genutzt werden, weisen Vorteile auf. Da die internationale Bedeutung von Wasserstofftechnologien steigt und der Markt wächst, müssen die Technologien und Anlagen an verschiedene klimatische Bedingungen und Einsatzumgebungen, hohen Kostendruck sowie dem Einsatzort entsprechende Umweltbelange angepasst werden.

Die Entwicklung von Wasserstofftechnologien wird durch die Standardisierung und die Normung für Bauteile, Verfahren, Prozesse, Sicherheitskonzepte und Produkte auch im internationalen Kontext unterstützt.

Aus grünem Wasserstoff lassen sich chemische Grundstoffe und Brennstoffe herstellen, zum Beispiel Methan, Methanol und Ammoniak. Der Bedarf an solchen klimaneutralen Derivaten wird künftig erheblich steigen. Das BMWK fördert Verfahren, welche die Herstellung von Derivaten aus Wasserstoff weiterentwickeln. Da der Import von Wasserstoff über Derivate erfolgen kann, ist auch die Rückgewinnung von reinem Wasserstoff ein Forschungsthema.

Bei strombasierten Verfahren müssen aufgrund ihrer kumuliert hohen elektrischen Leistung die Anlagen zwingend ein netzdienliches Verhalten aufzeigen. Unter netzdienlich wird das Verhalten der Anlagen als Reaktion auf steuernde Signale der Netzbetreiber, aber insbesondere auch deren Eigenschaften im Bereich Systemstabilität verstanden.

Weitere relevante Forschungsthemen zu Brennstoffzellen und effizienter Rückverstromung von Wasserstoff

Die chemische Energie des Wasserstoffs wird in Brennstoffzellen hocheffizient und hochflexibel in Strom und Wärme gewandelt. Daher sind Brennstoffzellen eine wichtige Technologie für ein klimaneutrales Energiesystem. Fördermittel werden für die Weiterentwicklung aller Arten von Brennstoffzellen und -systemen bereitgestellt.

Das BMWK fördert die Entwicklung und Optimierung sowie die Herstellung und Industrialisierung von Brennstoffzellensystemen und ihrer Peripherie, einschließlich Tanks, über ein breites Einsatzspektrum. Brennstoffzellen sollen auch für Kraftwerke der Megawatt-Klasse weiterentwickelt werden. Bei allen Technologien wird auf Maßnahmen zur Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit Wert gelegt, die Recycling und zirkulare Wirtschaft umfassen.

Mit Wasserstoff betriebene Kraftwerke auf der Basis von Gasturbinen oder von gekoppelten Prozessen mit Gas- und Dampfturbinen können eine effiziente, stabile und bedarfsgerechte Versorgung mit elektrischer Energie im Zusammenwirken mit den Erneuerbaren ermöglichen. Solche wasserstofffähigen Gaskraftwerke gleichen mit ihrer flexiblen Betriebsweise Bedarfsüberhänge aus und überbrücken Phasen ohne Einspeisung aus Erneuerbaren als sicherheitsrelevanten Rückhalt für das Energiesystem.

Forschungsthemen sind die technische Ertüchtigung von Gasturbinen und Gasmotoren, sofern sich besonderer Entwicklungsbedarf im Zusammenhang mit dem Einsatz von Wasserstoff oder synthetischen Brennstoffen ergibt, etwa im Hinblick auf die weitere Flexibilisierung ihres Betriebes sowie die Erhöhung ihrer Effizienz und die Verlängerung ihrer Lebensdauer.