Freiheit und Energieversorgung

Bisher stellte die Wasserstoffherstellung mittels Wasserelektrolyse eher eine Nischenanwendung dar und wurde überall dort eingesetzt, wo entweder kein Zugang zu einer Erdgasinfrastruktur bestand, Elektroenergie extrem billig zur Verfügung stand oder sehr hohe Reinheitsanforderungen an die Produktgase bestanden. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ruhten deshalb seit den 1960er/1970er Jahren. Künftig wird nun aber eine starke Kapazitätssteigerung notwendig: Allein der heutige Wasserstoffbedarf beläuft sich in Deutschland auf 1,8 Megatonnen jährlich (Welt: 54 Megatonnen/Jahr) und wird sich im Laufe der nächsten Jahre verdoppeln. Zur elektrolytischen Bereitstellung dieser Mengen bedarf es einer Steigerung der Elektrolyseleistung allein in Deutschland von heute im unteren zweistelligen Megawatt-Bereich auf mindestens 30 Gigawatt. Dies führt seit ca. 10 Jahren zu einem zunehmenden Interesse im Bereich der Elektrolysehersteller und einem wachsenden Forschungs- und Entwicklungsbedarf.

An der Leibniz Universität tragen das Institut für Thermodynamik (IfT), das Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) und das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) maßgeblich zu dieser Entwicklung bei und konzentrieren sich dabei auf zwei von insgesamt drei technisch relevanten Elektrolysetechnologien. Einerseits ist dies die sog. saure Membran-Elektrolyse (engl. PEMWE=Polymer Exchange Membrane Water Electrolysis), die bei Temperaturen um die 80°C betrieben wird und sich durch eine sehr kompakte Bauweise und eine hohe Flexibilität auszeichnet und anderseits die Festoxid-Elektrolyse (engl. SOE=Solid Oxide Water Electrolysis). Diese wird bei Temperaturen um die 800°C betrieben, zeichnet sich durch einen besonders guten elektrischen Wirkungsgrad aus und eignet sich besonders für Wandlungsrouten in denen Wasserstoff nur ein Zwischenprodukt darstellt, wie z.B. bei der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen. Die Arbeiten an den drei Instituten fokussieren dabei sowohl auf die Optimierung des Herzstücks der jeweiligen Technologie, die sog. Membran-Elektroden-Einheit und weitere wichtige Zellkomponenten als auch auf den Gesamtsystemkontext mit Fragestellungen zur Systemgestaltung und Betriebsführung. Methodisch verbindendes Element sämtlicher Arbeiten ist der kombinierte Einsatz von Modellierungs-/Simulationswerkzeugen und der experimentellen Charakterisierung und Validierung.

Die drei mit dem Thema Wasserelektrolyse befassten Institute sind Teil des LUH-Forschungsschwerpunktes Energie und auch Teil der EFZN-Forschungsverbundes Wasserstoff Niedersachsen. Weiterführende Informationen dazu finden Sie bei Interesse hier:

• Forschungsschwerpunkt Energie an der Leibniz Universität Hannover
• EFZ-Forschungsverbundes Wasserstoff Niedersachsen